中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)肢骨形態(tài)演化空間和多樣性的比較。王敏 供圖

(記者 孫自法)億萬年前的陸地霸主恐龍如何進(jìn)化成為展翅藍(lán)天的鳥?這無疑是脊椎動(dòng)物演化史中最為“震撼”的事件，過程中涉及大量骨骼系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)和表皮衍生物等結(jié)構(gòu)的變化，這些變化或是趨同、或是同源作用的結(jié)果，但多數(shù)都與飛行的起源相關(guān)。

(相關(guān)資料圖)

中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所(中科院古脊椎所)王敏研究員與周忠和研究員最新完成的有關(guān)恐龍到鳥類演化過程研究發(fā)現(xiàn)，在其形態(tài)多樣性和演化速率的深時(shí)變化方面，肢骨演化更慢，變化更小。

中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)的肢骨演化速率。王敏 供圖

這一“恐龍到鳥”研究的重要成果論文，北京時(shí)間6月5日夜間在施普林格·自然旗下專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-生態(tài)與進(jìn)化》(Nature Ecology& Evolution)上線發(fā)表。

論文第一作者和通訊作者王敏介紹說，“恐龍到鳥”演化過程中最為顯著的就是以肢骨長度所代表的體型改變，例如從整體趨勢看，在演化樹上和鳥類關(guān)系更近的獸腳類恐龍有著相對(duì)更長的前肢。因此，系統(tǒng)地量化分析肢骨在鳥類起源過程中的動(dòng)態(tài)演化軌跡，是認(rèn)識(shí)“陸地奔跑的恐龍”成為“飛上藍(lán)天的恐龍(鳥類)”這一重要轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。

本項(xiàng)研究通過構(gòu)建包含大量獸腳類恐龍和中生代鳥類肢骨的形態(tài)演化空間，以及量化鳥類、非鳥類副鳥類和非副鳥類獸腳類恐龍這三個(gè)類群的肢骨多樣性，發(fā)現(xiàn)早期鳥類肢骨的整體多樣性最低，非副鳥類獸腳類恐龍最高，類似的差異也反映在前肢上。不過，當(dāng)研究對(duì)象聚焦于后肢時(shí)，差異就不明顯。

中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)兩個(gè)形態(tài)功能指數(shù)的演化。王敏 供圖

研究人員又對(duì)包括鳥類在內(nèi)的中生代獸腳類恐龍肢骨的演化速率進(jìn)行估算，結(jié)果顯示前后肢整體的演化速率在接近鳥類的起源節(jié)點(diǎn)時(shí)變慢，同樣的趨勢在前肢中也出現(xiàn)，但是在后肢的演化中卻沒有類似的變慢趨勢。這說明演化速率在原始鳥類中的放緩，仍然是前肢作用的結(jié)果。

此次研究還對(duì)兩個(gè)形態(tài)功能指標(biāo)進(jìn)行了量化分析，分別是反映飛行方式的臂指數(shù)和反映地棲能力的腳指數(shù)，仍然發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)指數(shù)在鳥類中都是最低的，演化速率在鳥類中也是相對(duì)更慢。

“上述研究的發(fā)現(xiàn)與演化生物學(xué)的常識(shí)大相徑庭?！蓖趺糁赋?，因?yàn)楫?dāng)某一種具有“演化革新”意味的特征(如上、下頜)或者形態(tài)功能(如飛行、咀嚼)在某一類群中出現(xiàn)時(shí)，通常認(rèn)為該類群的演化速率會(huì)變快、多樣性也會(huì)增加，因?yàn)檫@些“革新”會(huì)幫助生物進(jìn)入新的生態(tài)位。對(duì)于這一現(xiàn)象，本項(xiàng)研究認(rèn)為早期鳥類在肢骨形態(tài)上多樣性的貧瘠，以及演化速率的降低，主要受前肢“拖累”，這是因?yàn)樵陲w行的選擇作用下，原始鳥類的前肢只能夠在適合空氣動(dòng)力學(xué)作用的框架下發(fā)生有限變化。換句話說，原始鳥類具有的“骨骼系統(tǒng)藍(lán)圖”在一些非鳥類獸腳類恐龍中就已經(jīng)出現(xiàn)了。

中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)臂指數(shù)和腳指數(shù)的演化速率。王敏 供圖

王敏表示，隨著許多和飛行相關(guān)的進(jìn)步特征，包括和飛行精細(xì)動(dòng)作完成相關(guān)的肌肉、韌帶、骨骼的關(guān)節(jié)方式等在演化后期出現(xiàn)，前肢的變化才能突破“瓶頸”，最終演化出現(xiàn)代鳥類所呈現(xiàn)的形態(tài)多樣的前肢結(jié)構(gòu)。

他透露，本項(xiàng)研究還為學(xué)界此前提出的、在鳥類演化伊始“肩帶演化在前，腰帶在后”這一假說提供了量化數(shù)據(jù)的支持。(完)

標(biāo)簽：