国际团队新发现:距今1.6亿年,最原始的哺乳动物会滑翔

胡珉琦/中国科学报

2017-08-18 11:15

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 在现代哺乳动物中有一种比较特别的类型,它们能在空中滑翔,比如中国的特有物种复齿鼯鼠、东南亚的鼯猴、澳洲的有袋飞鼠,这在哺乳动物演化历史上是最为特异的演化适应特征之一,那么,这种特征最早又是出现在什么时候?
由北京自然博物馆、美国芝加哥大学和河北地质大学组成的国际合作团队,在距今约1.6亿年的晚侏罗世地层中,发现了两种最原始的滑翔哺乳型动物化石,它们和现代滑翔哺乳动物的演化如出一辙。
这个发现对演化生物学来说意义重大。现代滑翔哺乳动物一般性的演化模式实际上在远古哺乳动物的远亲中就已经存在,所谓的“特异”其实一点也不稀奇。
最原始的滑翔动物
三年前,北京自然博物馆、美国芝加哥大学和河北地质大学组成的国际合作团队到化石产地辽宁省建昌县和河北省青龙县调研时,发现了几块还处于原始埋藏状态的化石,因为尚未经过修复,无法看到骨骼细节,科研人员只能判断是兽类。
当这些化石经过了精心修复,他们才找到了一个重大发现,这些化石保存了非常清晰的皮翼,这些皮翼连接在颈部、前后肢和尾椎之间,形成前皮翼、侧皮翼和尾皮翼。这可是现代滑翔型动物最显著的特点,四肢肢骨与躯干之间的皮肤衍生物会连接成一张翼膜,当四肢打开时就像一个降落伞。
然而,这些新发现的化石可比现代滑翔型动物古老了许多,它们出现在距今约1.6亿年的晚侏罗世。经过鉴定,它们属于哺乳型动物的基干支系,也是现代哺乳动物的祖先类群——贼兽类的新属种,分别被命名为似叉骨祖翼兽和双钵翔齿兽。贼兽类是哺乳动物演化树的早期分化绝灭支系,最早出现在2.1亿年前。
在此之前,中国的古生物学家在内蒙古宁城发现的最早带翼膜的哺乳动物化石是距今约1.25亿年前的远古翔兽,不同于贼兽类。北京自然博物馆研究员孟庆金告诉《中国科学报》记者,祖翼兽和翔齿兽的系统演化位置比远古翔兽更古老,因此,它们成为了所有哺乳动物漫长演化历程中最为原始的滑翔动物。
由于化石保存非常完好,要确认化石类型并不十分困难,但是古生物学家却偏偏给自己出了个难题。“假如这些化石没有保存皮膜,我们还能不能有别的办法证实它们是滑翔动物?”芝加哥大学教授罗哲西说。
于是,他们想到从四肢骨骼的比例入手。罗哲西介绍,团队建立了一个大数据库,把80多个属种的动物,进行肢骨数据的统计与形态学的多变量分析,从而把能滑翔的、树栖不能滑翔的、陆栖的动物区分开,然后对化石哺乳动物的运动模式进行推断。
孟庆金表示,他们发现,现生有胎盘和有袋类动物中的滑翔运动模式与肢体元素与身体长度的比例有很好的相关性。通过化石数据的对比,认为新发现的祖翼兽和翔齿兽与现生的滑翔动物更相似,证明它们的确是具有滑翔能力的。
有所不同的是,祖翼兽和翔齿兽的前肢活动主要发生在肩锁关节和肱骨关节处,它们具有非常坚固的间锁骨—锁骨,可以实现肩部和前肢之间的机动性,所以才获得滑翔能力,而现生的有袋类和有胎盘类动物在滑翔时的肩部活动主要发生在锁骨与胸骨转动关节处。
趋同演化的新证据
通过对现代哺乳动物运动模式和形态学的多变量分析,古生物学家还有一个重要发现,并不是所有的贼兽类都是可以滑翔的,其他的一些贼兽属种是适于树栖生活的类群,而祖翼兽和翔齿兽是树栖贼兽类群中的一部分,也就是说,它们是从树栖生活的贼兽祖先类群演变而来的。
罗哲西认为,这对哺乳动物演化的理解有非常重要的意义。这是因为现代滑翔动物滑翔运动方式的演化模式同样是从陆地来到树上,然后换上了皮翼。
最简单的例子就是松鼠,他解释,松鼠整个大支系都是适应陆地生活的。它们中的几支来到了树上,成为了完全树栖的松鼠,比如分布在亚洲东南部的巨松鼠,它们几乎从不下地,除非被击伤跌落。这些支系最终又演变出了飞鼠这一支,比如中国特有的复齿鼯鼠。
再比如人见人爱的澳洲蜜袋鼠、甜袋鼠,它们是体型很小的有袋动物,身体两侧拥有滑行膜,从手关节延伸到脚踝,能在树林间滑行。罗哲西说,从系统分类上,它们属于树栖负鼠的亚支,而负鼠又是与袋鼠的支系相联系的。
“在树栖生活方式基础上发展出滑翔运动方式具有很多优势。”孟庆金解释,滑翔比攀爬更快捷,活动范围更大,有利于食物的大范围获取;还能够更有效地躲避其他地栖动物的捕食;其次,可以避免树栖空中生活带来的坠地等意外损伤。
所以,从现生的有袋类和有胎盘类的树栖类祖先和其他中生代哺乳动物开始,滑翔飞行便在这些动物中经历了多次且不断重复的漫长的演化历史。
除此之外,中生代哺乳型滑翔动物还与现代滑翔哺乳动物的一种生活方式相同,它们的牙齿形态趋同相似,都是植食性动物。
罗哲西指出,滑翔动物一般都有赖于森林环境,现代滑翔动物大多数生存在有花被子植物的森林里,有一定的运动空间。它们在树木的某一些部位取食,比如嫩叶、种子、果实,以及其它像花一样的软组织等。
只是,有花被子植物在侏罗纪时还没有占据植物群的主导地位,因此,中生代哺乳型滑翔动物是以晚侏罗世已知的蕨类植物,以及苏铁类、银杏类、松柏类等裸子植物为主要食物,主要取食植物较软的部分,例如新鲜的嫩叶、嫩枝分生组织、球果以及可能的种子蕨类植物的生殖结构。
由此可见,植食性与滑翔运动组合的生活方式,最早已经出现在原始哺乳动物与侏罗纪植物生态系统中。一亿年之后,又在现代哺乳动物与被子植物中重新演化出现,这正是趋同生态演化的新例证。
哺乳动物从来不怕尝试新环境
哺乳动物是当今世界上最重要也是相当繁荣多样的动物类群之一,现生物种超过5400种。不过,单凭物种数量,它们并不是鱼类和鸟类的对手,甚至不如爬行动物来得多。可要论结构和生态分异,它们的丰富程度则是遥遥领先,不但形态各异,而且有树栖、穴居、滑翔、半水生、水生等类型。
孟庆金表示,传统观点认为,只有现生哺动物、新生代哺乳动物才具有这样的特点,而最早的哺乳动物是出现在恐龙称霸的中生代,彼此之间解剖结构分异不大,生活在不同环境的生态机会也有限。
然而,这些年在国内发现的各种早期哺乳动物化石逐渐证明了,尽管它们在中生代体型很小,生物量也有限,并没有什么存在感,实际上,即使是早期基干的哺乳型动物群体也已经显示出了古生态多样性。其中最显著的就是团队此前发现的柱齿兽,在侏罗纪时期已经快速分异演化,发展出了多种多样的生活习性,包括树栖、半水栖和地下穴居。几乎所有现代中小型哺乳动物应该具有的生态类型,在中生代哺乳动物中都曾出现过,除了动力飞行以外。
罗哲西形容哺乳动物从出现开始就是这样一个类群,“它们从来不怕去尝试新的生态环境,有时甚至钻牛角尖似的发展出其他脊椎动物都无法进入的新生境,进行进化实验。而且,它们前赴后继,在任何时代竟然都能演化出相类似的功能和生态类型,以展示它们惊人的多样性和广泛的生态适应性”。
(原文题为《国际团队新发现的化石显示:远古哺乳动物会滑翔》)
责任编辑:温潇潇澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 哺乳动物 滑翔 化石

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