作者:唐凤 廖洋 来源: 中国科学报 发布时间:2019/7/23 9:28:49
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我们每次吞咽都和1.64亿年前有关
新化石揭示哺乳动物复杂舌骨进化

 

■本报记者 唐凤 廖洋

这块1.64亿年前的化石,是一只微小柱齿兽的最后记录。它是一种类似鼩鼱的微小哺乳型动物,也是动物进化出现代舌骨的最早例子。

“现在哺乳动物已经十分多样化,能通过不同方式咀嚼食物,但它们都以同样的方式咽下食物。”该研究资深作者、美国芝加哥大学解剖学和生物学教授罗哲西说,“而从本质上讲,哺乳动物咀嚼和吞咽的特殊方式都是由灵活的舌骨实现的。”

由山东科技大学地球科学与工程学院教授周长付牵头,中国、美国、德国科学家组成的国际合作课题组经过6年研究,最终证实在我国内蒙古宁城五化地区发现的化石中的侏罗纪微小柱齿兽,具有与现生哺乳动物同样的舌骨构造。该化石也是迄今最早具有完整舌骨的原始哺乳动物化石。相关论文7月19日刊登于《科学》。

“这个发现证明我们的每次吞咽都和1.64亿年前有关。”周长付告诉《中国科学报》,“哺乳动物舌骨出现于哺乳型动物获得咀嚼能力的最早期阶段。”

“不同寻常”的美丽化石

舌骨连接口腔后部,“守卫”着食道和喉部的“大门”。包括人类在内的现代哺乳动物的舌骨呈U形排列,类似马鞍,对食物精细咀嚼和吞咽起关键作用。

研究人员表示,马鞍状舌骨决定了咽喉的框架,标志着与爬行动物相比,哺乳动物的食物咀嚼和吞咽更为精细、复杂:哺乳动物通常一次吞下小块或细碎的食物,而不是像短吻鳄那样一口吞下大块食物或整个猎物。

然而,这种独特的舌骨结构何时,以及如何首次出现在哺乳动物身上,一直是古生物学家的疑问。

2014年,当时就职于沈阳师范大学的周长付与同事在辽宁、内蒙古和河北交界的燕辽生物群发现了一个保存有精致舌骨的微小柱齿兽化石。

“这是一块原始的、美丽的化石。我第一眼就为这小小的化石保存得如此之好感到惊奇。我们有一种感觉,这块化石不寻常,但我们对它的不寻常之处感到困惑。”罗哲西说,“在拍摄了详细的照片,并在显微镜下检查了化石之后,我们才意识到,这种侏罗纪动物的舌骨非常小,很像现代哺乳动物的舌骨。”

脆弱的骨头

微小柱齿兽属于柱齿目,是中生代哺乳型动物。“哺乳型动物就是比哺乳动物更早期的动物,比如类人猿和人比较像,但是它不属于哺乳动物,而是哺乳型动物。”周长付说。

据介绍,中生代(也被称作爬行动物时代)距今2.52亿年至6600万年,在这个远古的年代,哺乳型动物是现代哺乳动物的近亲类群,所以中生代哺乳型动物化石研究是古生物学和生命演化研究的热点。

由于舌骨比较脆、比较小,难以保存,所以之前的化石研究中很少有人关注到这个领域。

“舌骨比较细小,又与其他骨骼连接不紧密,所以动物死亡后,很容易脱落或腐烂,因此很难保存下来。之前发现的更古老的哺乳型动物化石都没有完整的舌骨保存下来,大多只有牙齿或不完整的头骨等。”周长付说,“因此,该研究为系统研究哺乳动物舌骨演化课题填补了空白。”

在微小柱齿兽中发现舌骨之后,研究人员在其他中生代哺乳型动物身上也发现了类似的舌骨化石结构。

“现在我们第一次能够从化石记录中了解早期哺乳动物的关键吞咽功能是如何进化的。微小柱齿兽的微小舌状体是解释哺乳动物进食功能进化的一个重要里程碑。”罗哲西说。

研究人员还指出,该发现表明现代哺乳动物的舌骨构造起源并传承于更为原始的哺乳型动物,打破了人们对于舌骨起源于哺乳动物而不是哺乳型动物的常规科学认识。

进化新见解

研究人员还研究了微小柱齿兽的模型,并重建了其生活方式。

该化石体长约14.7厘米,体重约5~9克。据介绍,这是迄今发现的体型最小的柱齿兽类化石。它的舌骨部分只有几毫米大小,很难用肉眼分辨,科学家通过工业CT等技术手段探测,经过长时间研究,最终确定了舌骨的存在。

此外,现代哺乳动物的下颚和中耳是由第一个咽弓发育而来的,咽弓是脊椎动物胚胎中的结构,能发育成其他可识别的骨骼和组织。与此同时,舌骨分别由第二和第三咽弓发育。微小柱齿兽有一个原始的中耳,仍然像其他早期哺乳动物一样附着在下颌上,比如犬齿龙类动物。

“下颌式中耳等特征也为原始哺乳动物多样性和中耳的演化研究提供了新的线索。”周长付说。

耶鲁大学博士后学者Bhart-Anjan Bhullar说:“舌骨和耳骨都是原始脊椎动物嘴和鳃骨骼的衍生物,最早的鱼类祖先就是用它们进食和呼吸的。微小柱齿兽的舌骨关节和活动舌骨与古老的中耳共存。因此,现代哺乳动物的建立是对古老系统的再利用。”

而且,此次发现的微小柱齿兽是首次被发现并命名的新物种。“它具有典型的原始哺乳动物特征,骨骼轻盈,肢骨长而纤细,尾巴超过体长的一半,以树栖生活为主。”周长付说。

据悉,燕辽生物群是世界知名的中生代生物化石宝库,对研究恐龙、鸟类、被子植物起源具有极其宝贵的价值。微小柱齿兽的化石层可追溯到1.66亿至1.64亿年前,当时微小柱齿兽与其他柱齿动物共存,如半水栖的獭形狸尾兽等。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.aau9345

《中国科学报》 (2019-07-23 第3版 综合)
 
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