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新發(fā)現(xiàn)揭示早期鳥類尾骨與尾羽獨(dú)立演化方式

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新發(fā)現(xiàn)揭示早期鳥類尾骨與尾羽獨(dú)立演化方式

摘要: 　　2月1日，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類學(xué)習(xí)所王敏、周忠和、鄒晶梅，與南京地質(zhì)古生物學(xué)習(xí)所泮燕紅在自然—通訊（Nature Communications）上報(bào)道了一件發(fā)現(xiàn)于1.3億年前的早白堊世反鳥類——多齒脛?dòng)瘌B（Cruralis ...

　　2月1日，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類學(xué)習(xí)所王敏、周忠和、鄒晶梅，與南京地質(zhì)古生物學(xué)習(xí)所泮燕紅在自然—通訊（Nature Communications）上報(bào)道了一件發(fā)現(xiàn)于1.3億年前的早白堊世反鳥類——多齒脛?dòng)瘌B（Cruralispennia multidonta），揭示了尾綜骨與尾羽在鳥類早期演化中是相互獨(dú)立的，此外還發(fā)現(xiàn)了一類形態(tài)特殊的羽毛。
　　反鳥類是中生代鳥類演化最為成功的類群，構(gòu)成今鳥型類的姐妹群，所有的現(xiàn)生鳥類都是從今鳥型類演化而來(lái)。新化石發(fā)現(xiàn)于1.3億年前的花吉營(yíng)組。雖然屬于目前已知最古老的反鳥類之一，新鳥卻保存了很多進(jìn)步的特征，包括胸骨后緣具有兩對(duì)突起、小翼指退化、腓骨與尾綜骨縮短等，明顯區(qū)別于同層位發(fā)現(xiàn)的其它鳥類；新鳥的下頜具有14枚牙齒，是目前已知下頜齒數(shù)最多的反鳥類，揭示了大量的形態(tài)分異在反鳥類演化初期就已經(jīng)出現(xiàn)。
　　在恐龍向鳥類的演化過(guò)程中，尾骨的變化最為顯著。不同于恐龍所具有的長(zhǎng)尾骨，現(xiàn)生鳥類的尾骨顯著縮短，特別是最后幾枚尾椎愈合成一個(gè)尾綜骨�，F(xiàn)生鳥類的尾綜骨在側(cè)視時(shí)呈犁狀，其表面附有肌肉和纖維脂肪而能夠控制扇狀尾羽的展開和閉合，構(gòu)成飛行的重要組成局部。此前，這樣的犁狀尾綜骨僅出現(xiàn)在今鳥型類，而扇狀尾羽也多在今鳥型類中發(fā)現(xiàn)；相反，在反鳥類和其它更為原始的鳥類中，如孔子鳥和會(huì)鳥，尾綜骨形態(tài)結(jié)構(gòu)單一而呈長(zhǎng)桿狀，特別是末端沒(méi)有向背側(cè)彎曲，相對(duì)長(zhǎng)度明顯大于今鳥型類，因此它們的尾綜骨僅僅是尾骨縮短的結(jié)果，而扇狀尾羽也很少在這些鳥類中發(fā)現(xiàn)。因此，學(xué)習(xí)者普遍認(rèn)為犁狀尾綜骨和扇狀尾羽是同步演化的。然而，多齒脛?dòng)瘌B的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了這一觀點(diǎn)。多齒脛?dòng)瘌B的尾綜骨顯著縮短，相對(duì)長(zhǎng)度與今鳥型類相近。更為重要的是，其尾綜骨的末端向背側(cè)彎曲，從而形成了和今鳥型類完全相同的犁狀尾綜骨。學(xué)習(xí)者利用判別分析構(gòu)建中生代鳥類尾綜骨的形態(tài)空間，也證實(shí)了多齒脛?dòng)瘌B的尾綜骨與今鳥型類尾綜骨的形態(tài)更為接近。然而，多齒脛?dòng)瘌B并不具有扇狀尾羽；相反地，它的尾羽都是非羽片狀的，表明今鳥型類的尾綜骨通過(guò)平行演化的方式至少在一類反鳥類中出現(xiàn)了，而“犁狀尾綜骨——扇狀尾羽的協(xié)同演化”假說(shuō)需要重新考慮。
　　學(xué)習(xí)者在多齒脛?dòng)瘌B的脛跗骨上觀察到了一類奇特的羽毛。這些羽毛長(zhǎng)約12至16mm，整體呈線狀，但是在其最末端卻分散出細(xì)小的分支。學(xué)習(xí)者認(rèn)為這些細(xì)小的末端分支代表了單一的羽支，這些羽支的主要局部愈合而成羽軸，僅在末端發(fā)散開來(lái)。鳥類后肢羽毛主要包括羽片狀和絨羽狀兩種形態(tài)，而上述多齒脛?dòng)瘌B的后肢羽毛不同于所有已知的現(xiàn)生或化石羽毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)，代表了羽毛演化中一類絕滅的羽毛形態(tài)——近端線狀而具有絲狀的末梢分枝。通過(guò)對(duì)多齒脛?dòng)瘌B羽毛進(jìn)行掃描電鏡觀察，學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)脛跗骨羽毛的色素體形態(tài)明顯不同于身體其它部位的羽毛，而色素體的幾何形態(tài)與其顏色是相關(guān)的，表明這些脛跗骨羽毛具有不同的顏色。多齒脛?dòng)瘌B的脛跗骨羽毛顯然不具有空氣動(dòng)力學(xué)作用，而其不同于絨羽的結(jié)構(gòu)說(shuō)明其保溫隔熱的作用有限，因此學(xué)習(xí)者推測(cè)這樣的羽毛可能用于吸引異性，這也與色素體所反映的不同顏色相互佐證。
　　此外，多齒脛?dòng)瘌B還提供了其它重要的特征演化信息，如腓骨的縮短代表了這一進(jìn)步特征的最早出現(xiàn)。根據(jù)對(duì)其骨骼顯微結(jié)構(gòu)的觀察和發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者推測(cè)多齒脛?dòng)瘌B能夠在一年左右的時(shí)間達(dá)到成年，不同于其它反鳥類所具有的緩慢生長(zhǎng)模式。通過(guò)對(duì)中生代鳥類系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的學(xué)習(xí)，多齒脛?dòng)瘌B被歸入較為進(jìn)步的反鳥類，這與其相對(duì)古老的層位不一致。通過(guò)對(duì)主要支系分異時(shí)間的估算，由于多齒脛?dòng)瘌B的發(fā)現(xiàn)，使早白堊世主要鳥類支系的起源和分異時(shí)間要比之前的認(rèn)識(shí)提早很多。
　　該學(xué)習(xí)得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）的資助。
　　論文鏈接

　　多齒脛?dòng)瘌B（Cruralispennia multidonta）正型化石和中生代鳥類尾綜骨對(duì)比（王敏供圖）

　　多齒脛?dòng)瘌B羽毛和色素體、脛跗骨羽毛復(fù)原以及早期鳥類后肢羽毛演化（王敏供圖）

　　中生代鳥類系統(tǒng)樹，示意主要支系分異時(shí)間、尾綜骨和脛腓骨的主要演化（王敏供圖）

　　多齒脛?dòng)瘌B復(fù)原圖（史愛(ài)娟、王敏供圖）
　　來(lái)源:古脊椎動(dòng)物與古人類學(xué)習(xí)所　　編輯:任霄鵬新發(fā)現(xiàn)揭示早期鳥類尾骨與尾羽獨(dú)立演化方式  |  責(zé)任編輯：蟲子
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