才不是恐龙的副角呢前期哺乳类的演化大爆炸

2019-12-11 08:24:42 阅读：7899+ 作者：责任编辑NO。许安怡0216

原作者:John Pickrell

近年来哺乳类化石的发现呈大迸发之势，对这些化石的研讨结果显现，哺乳动物在很早的时分就现已演化出了对天空、河流及地下巢穴等多种多样的生活环境的习惯。

夜幕降临在1亿8500万年前前期侏罗纪的一天，一只卡岩塔兽正在照顾一窝刚出生的幼崽，它望着那几十个小家伙；瓢泼大雨不断冲刷着它们巢穴上方的土层。这只雌兽的体型和一只大猫差不多，很简单被当成是哺乳动物。可是它的颚骨很大，牙齿极具特征，而且还没有外耳，这暴露了它的身份：它是一种犬齿兽，哺乳类正是从这个类群演化而来的。突然间，浸满了水的土层毫无预兆地垮塌了，那窝幼兽和它们的母亲就这样被深埋地下。

在现在我国北方辽宁区域白垩纪年代的温带生态体系里，前期哺乳类（如图所示的老鼠巨细的胡氏辽尖齿兽）与我国暴龙属（Sinotyrannus）那样长有茸毛的恐龙共存。| 插图：Davide Bonadonna

它们在那里一向沉眠到2000年的夏天，其时，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Timothy Rowe带领一支部队在亚利桑那州北部的卡岩塔组地层中寻觅化石，他们在岩石里可巧找到了卡岩塔兽凋谢的骨头。

与卡岩塔兽化石的那次初遇并没有让古生物学家知道到其价值。他们挖出岩块，然后把它运回试验室里保存。直到九年后，一名专家在整备化石，预备对它进行研讨的时分才留意到了一些异常：岩块里嵌着细小的牙齿，还有长度仅有1厘米的颚骨。“登时一切人都停下了自己手头的整备作业，开端考虑怎样能够经过非破坏性的方法检视那些幼崽。”Eva Hoffman说。其时她在德克萨斯与Rowe同事，现在则是美国天然前史博物馆的一名古生物学家。Hoffman和Rowe并没有挑选把岩石破开的方法，而是经过微型计算机断层扫描（microCT）这种数字化的手法提取骨骼，这项技能使用X射线来生成精细的3D图画。

他们在石头里发现的是已知最早的哺乳动物（或者说哺乳类在侏罗纪的近亲）的幼崽，而且不止一只，而是整整38只。这是曩昔十年里与哺乳动物来源有关的最重要的发现之一1。卡岩塔兽在演化上处于向哺乳类过渡的阶段，研讨者以为它供给的信息很重要，有助于答复界说哺乳动物的是哪些特征，以及哪些特征在哺乳类更早的近亲中存在。

卡岩塔兽的骨骼在许多方面都与哺乳动物相似，但化石显现它们繁衍的方法依然很像爬虫类，即出产数量巨大但大脑却很小的子孙。反之，“哺乳类出产的子孙数量较少，可是在子孙身上投入的资源比较多，这样每个幼体的存活率更高。”Hoffman说。哺乳动物的幼崽承受爸爸妈妈照顾的时刻更久，然后发育出相对较大的大脑。Hoffman和Rowe发现的这些幼体化石有发育完善的骨骼和牙齿，这标明它们有必定的自卫才能，而且不像现在一切的哺乳类那样是由乳汁抚育的。

这些化石是曩昔10-20年间为哺乳动物演化供给启示的一众里程碑式的发现之一。尽管国际各地都有重要的化石出土，就数量而言仍是来自我国的最多。曩昔以为生活在恐龙年代的哺乳类是小而不起眼的食虫动物，它们在恐龙的暗影下求生计，而这批研讨成果推翻了这种过期的观点。

这块化石归于老鼠巨细的胡氏辽尖齿兽。它和来自我国北方区域的许多其它化石一同让咱们对哺乳类特征的演化有了更明晰的知道。| 图片来自：J. Menget al. Nature472, 181-185 (2011)

化石显现前期哺乳动物占有的生态位是许多样化的，而且它们在滑翔、游水、挖洞和攀爬这些生活方法上都有所测验。这些发现还开端揭开许多哺乳类要害特征（如分泌乳汁、脑容量大、感官敏锐）的演化来源。

“曩昔20年来，前期哺乳动物的发现呈大迸发之势，特别是在我国。真叫人大开眼界，张口结舌，那尽是些让人目眩的发现。”来自美国丹佛天然科学博物馆的脊椎动物古生物学家David Krause如是说。

像这样雪崩式的大发现也引发了一些争议：研讨者对哪些化石类群归于严厉意义上的哺乳动物产生了不合，他们对哺乳类演化树的构建也各有观点。“咱们想用演化生物学的言语去了解前期前史，这让我感到很振奋，”芝加哥大学的古生物学家罗哲西说，“由于化石记载越来越齐备，整个范畴变得十分有意思。而且，咱们正开端真实地处理一些问题。”

走出暗影

1824年，博物学家William Buckland 在伦敦地质学会上展现了为世人所知的最早的恐龙之一——巨齿龙（Megalosaurus属）的骨骼。一同，他还宣布了在同一个化石库里找到的细小的哺乳类的颚。它们的存在标明哺乳动物的前史能够追溯到好久以前，但就像一向在重复发作的那样，哺乳类的风景彻底被恐龙的发现盖过了。

国际各地一向都有少数的哺乳类化石出土，这种源源不断的发现形式持续了150年。然后在1997年，研讨者描绘了来自我国东北辽宁省的榜首块陈旧的哺乳动物化石，该区域的岩层里有许多的化石，闸口就此被打开了2。依据美国天然前史博物馆古生物学家孟津的说法，打那今后，辽宁出土了至少50件近乎无缺的“美丽标本”。和恐龙化石相同，它们都是在被当地农人挖出来今后卖给博物馆的。

可是英国爱丁堡大学的古生物学家Steve Brusatte说，取得绝大部分重视的依然是恐龙。“直到最近，经过罗（哲西）、孟（津）和其他一些人的作业，哺乳动物才开端得到它们应有的重视。”

我国的大多数哺乳类化石构成于火山灰埋葬动物之时，它们有着保存无缺的细节。一般，中生代（2亿5200万到6600万年前）的哺乳动物很少有牙齿和颚骨碎片以外的化石留存，但来自我国的标本经常是带有毛皮、皮肤和内脏的整副骨架。“咱们有许多细节信息能够答复相关科学问题。”孟津说，比方他自己就对哺乳类耳朵的演化感兴趣。

绘图：Davide Bonadonna；规划：Wes Fernandes

这些发现推翻了曩昔的干流学说。“咱们曩昔以为恐龙年代的哺乳类一点都不起眼，以为它们仅仅些像小耗子相同在暗影里乱窜的生物。”Brusatte说，可是这些动物“正在阅历自己的演化大爆炸”。

哺乳动物最早呈现在至少1亿7800万年前，直到6600万年前大部分恐龙（除鸟类外）灭绝的时分，它们都一向与那些巨兽一同生计。但哺乳类并不需求比及恐龙消失今后才得以演化出千姿百态的外形和品种。“这些新发现记载了迄今为止做梦都想不到的惊人生态多样性。”美国俄克拉荷马大学的古生物学家Richard Cifelli说。

研讨者最先在化石形状上发现的生物学立异与运动有关。2006年，孟津团队陈述3了榜首种会滑翔的哺乳动物——生活在1亿6400万年前的翔兽（Volaticotherium属），它们与现存的鼯鼠相同有着由毛烘烘的皮肤构成的翼膜。2017年，罗哲西团队4，5在滑翔哺乳类的名单里又增加了翔齿兽（Vilevolodon属）和祖翼兽（Maiopatagium属），它们生计的年代附近，而且都归于一个叫贼兽的类群。这些动物和榜首批会飞的恐龙一同在树林间络绎，使用之前无法获取的食物资源。

研讨者还发现了他们曾以为在演化上呈现时刻更晚的其它一些特化：灵活柱齿兽（Agilodocodon属）能够攀爬树木并啃咬树皮以取食其间的汁液6；鸭嘴兽巨细的狸尾兽（Castorocauda属）生活在河里，它们有便于游水的蹼状足和像河狸相同的尾巴7；而长得像鼹鼠的发掘柱齿兽（Docofossor属）则有合适发掘的脚掌和爪子8。

这些哺乳动物还习惯了各式各样的饮食，它们的饮食多样性要比研讨者曩昔想的丰厚得多。2014年，Krause描绘了一种来自马达加斯加的相似土拨鼠的生物（Vintana属），这种食草动物或许以植物的根和种子为食9。2005年，孟津团队陈述了肉食性的爬兽（Repenomamus属），他们在这种狼獾巨细的动物的胃里找到了恐龙幼体的骨头10。孟津说这些新发现的化石哺乳类中有许多都归于现已灭绝好久的亚群。与中生代哺乳类“枝繁叶茂”的盛景相反，现在的哺乳动物只要三个大的类群：包含人类在内的大部分物种所属的胎盘类；胚胎在子宫里存在的时刻很短，但会在育儿袋里持续发育的有袋类（如袋鼠和考拉）；以及产卵的单孔类（仅有鸭嘴兽和几种针鼹）。“可是在地质史上，还有许多其它类群如多瘤齿兽、三尖齿兽和贼兽存在过，”孟津说，“事实上在侏罗纪，哺乳动物的多样性是很高的。”

其间的一些，例如罗哲西团队在2011年描绘的1亿6000万年前的相似鼩鼱的侏罗兽（Juramaia属），是最早的胎盘哺乳类之一。因而，它们或许是咱们人类的先人11。

别的，一些恐龙年代的哺乳动物比人们想象的要大得多。爬兽重达12-14千克，浣熊巨细的Vintana属哺乳类也有9千克重。“令人激动的是，咱们打破了一些陈旧的迷思，比方说前期的哺乳动物来源于同一个毫无特色的先人。”罗哲西说。

发现不单单来自于我国。在美国、西班牙、巴西、阿根廷、马达加斯加和蒙古，都有重要的化石出土。其间最陈旧、最吸引人，一同也是咱们存在最大认知空白的那些化石都与南半球有关。关于那里的中生代哺乳类及其近亲，咱们只知道有5个属的存在，相较而言，北半球则有超越70个属。在曩昔的20年里，巴西出土了若干有2亿年以上前史的三叠纪化石。美国路易斯维尔大学的古生物学家Guillermo Rougier用“难以想象的发现”来描绘这些正处在哺乳类及其犬齿兽先人之间的过渡阶段的化石。“化石形状逼真地展现了它们从典型的非哺乳类生物演变成简直具有悉数前期哺乳类特征的生物的那段进程。”

哺乳类的特征

最新的化石发现也为了解哺乳动物一些要害特征的演化供给了头绪。举例来说，哺乳类敏锐的听觉要部分归功于中耳里的三块小骨头——锤骨、砧骨和外鼓骨。但在哺乳动物的匍匐类先人身上，这些骨头是颚的一部分，用于咀嚼而不是听觉。哺乳形动物，如2亿500万年前的鼩鼱似的摩尔根兽（Morganucodon属），则有着兼具咀嚼和听力功用的哺乳类听觉体系的原型12。

2011年，孟津陈述了一个演化上的中心形状13：一件来自我国的1亿2000万年前的标本。它归于被称作真三尖齿兽的哺乳动物类群，并被命名为胡氏辽尖齿兽（Liaoconodon hui，详见“哺乳类的特征”一图）。在这具老鼠巨细的化石上能够正常的看到中耳里的三块骨头，但它们仍旧经过软骨与颚衔接在一同。“听力功用和咀嚼功用还没有彻底分隔。”孟津解说说。这是展现从颚到耳这段演化过渡的强有力的依据。

这是一块保存无缺的1亿6000万年前的似叉骨祖翼兽化石，它向咱们展现了前期的滑翔功用是怎么演化出来的。| 图片来自：罗哲西/芝加哥大学

哺乳动物另一个共同的当地在于它们会很有技巧地把食物嚼成小块今后再吃下肚，这与蛇和鳄鱼那样把食物整个吞下不同。为了完成这样的功用，哺乳类演化出了品种繁复的杂乱牙齿，有些用来咬住食物，有些则用来磨碎食物。

不过在仍是幼崽的时分，哺乳动物有别的的取食之道，那便是经过母亲的乳腺吸吮乳汁。“哺乳动物这个类群的命名便是来源于这个生物学上难以想象的改造。”罗哲西说。要完成喝奶这样的动作，首要需求有吸吮和吞咽的才能，其次需求有咽喉部的舌骨及支撑它的肌肉来辅佐。这一系列结构还构成了喉头。

罗哲西在7月宣布的一篇论文14里描绘了一种1亿6500万年前的田鼠巨细的柱齿兽，这个类群与严厉意义上的哺乳类联系很近。罗哲西团队发现的这种被命名为Microdocodon gracilis的细小柱齿兽（Microdocodon属）在咽喉部有保存下来的舌骨，这让它成为了现在所知最早的能像现代哺乳类相同喝奶的动物。

Krause说这种程度的细节是很少见的，别的，就像研讨卡岩塔兽幼崽的时分相同，对中耳和咽喉里的骨头的研讨也只要凭借microCT技能的前进才得以完成。经过这项技能，关于前期哺乳动物嗅觉和大脑的一些细节也得以宣布。这些新知识“以曩昔不或许而且简直无法想像的方法为这些动物注入了新的生机。”Krause弥补说。

咱们用来界说哺乳动物的一系列特征，如杂乱的牙齿、拔尖的感官、哺乳的才能、较小的幼崽数量，其间许多或许在严厉意义上的哺乳类呈现之前就现已演化出来了，而且演化速度还相当地快。“一切这些特征都是在演化试验的一阵时刻短迸发中呈现的，这种或许性看起来渐渐的变大了，”罗哲西说，当哺乳形动物在中生代的国际里徜徉的时分，“它们在外形和生物学习惯上都现已和现代哺乳类差不多了。”

家庭剧

尽管专家们在许多当地都达成了一致，但在前期哺乳动物各个类群之间是怎样的联系、哪些类群归于严厉意义上的哺乳动物这样一些问题上，他们依然争论不休。Hoffman说那导致人们无法确认哺乳类一些要害的特征是怎么演化出来的。

孟津和罗哲西别离构建了自己的哺乳类演化树，他们之间的不合在于贼兽。孟津以为这个前期类群归于严厉意义上的哺乳动物，但罗哲西坚信它仅仅一个旁支。已知最早的贼兽生活在2亿800万年前的三叠纪，假如它们是严厉意义上的哺乳动物，那么哺乳类的来源至少能够追溯到那个时分，可假如不是的话，那么哺乳类最早是呈现在1亿7800万年前，这时分早就现已是侏罗纪了。

更多的化石将有助于处理诸如此类的问题，而且它们也会带来更多惊喜。Krause和孟津都说他们正在研讨激动人心的化石，但还没有宣布相应的研讨成果。一同，在他们我国同行的工作室里，还堆放着几十件没有被人研讨过的标本。

古生物学家的愿望单上有一长串姓名，其间罗哲西想知道的是生长率。匍匐类终其一生都在缓慢地生长，而哺乳类则在阅历发育前期的迸发式生长后中止生长。罗哲西希望能找到从幼体到成体的一系列化石，以期观测到这种生长形式。“那是界说哺乳动物生物学的最要害特征之一。”他说。

Hoffman和孟津都以为胚胎和更多的幼体化石将会是重要的发现，比方带着几十只幼崽的卡岩塔兽，这类化石能协助咱们确认哺乳动物式的低产仔量是何时呈现的。孟津的愿望是找到正处于怀孕期中的哺乳类的化石。“我的脑海里总是浮现出这么一幅场景：我发现了一块哺乳动物的化石，在它的骨架里能看到一些十分纤细的骨头，它们或是没有孵化的卵，或是更有意思的胚胎。”他说。

假如说这一阵化石的会集发现给了研讨者什么启示的话，那便是每一块化石都有或许为演化史增加新的篇章，乃至它们还或许推翻干流的学说。“咱们真的处在一个振奋人心、简直能够说有点疯狂的阶段。咱们应该时刻去整合汹涌而至的许多新依据。”Brusatte总结道。

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参考文献：

1. Hoffman, E. A. & Rowe, T. B.Nature561, 104–108 (2018).

2.Hu, Y., Wang, Y., Luo, Z. & Li, C.Nature390, 137–142 (1997).

3.Meng, J., Hu, Y., Wang, Y., Wang, X. & Li, C.Nature444, 889–893 (2006).

4.Luo, Z.-X.et al. Nature548, 326–329 (2017).

5.Meng, Q.-J.et al. Nature548, 291–296 (2017).

6.Meng, Q.-J.et al. Science347, 764–768 (2015).

7.Ji, Q., Luo, Z.-X., Yuan, C.-X. & Tabrum, A. R.Science311, 1123–1127 (2006).