从恐龙到鸟:“飞蓝天”的关键一步是什么?
央视总台记者 褚尔嘉。飞蓝天 记者从中国科学院古脊椎动物与古人类研究所获悉,从恐研究人员王敏和周忠和在从恐龙到鸟类的关键进化过程中取得了新的发现。北京时间6月5日晚,飞蓝天国际学术期刊自然杂志子刊《自然生态与进化》发表了相关科研成果。从恐 研究人员指出,关键恐龙到鸟无疑是飞蓝天脊椎动物进化史上最“令人震惊”的事件。这个过程涉及到大量的从恐结构变化,如骨骼系统、关键肌肉系统和表皮衍生物。飞蓝天这些变化可能是从恐趋同或同源效应的结果,但大多与飞行起源有关。关键最明显的飞蓝天是以肢骨长度为代表的体型变化。比如从整体趋势来看,从恐兽脚恐龙在进化树上与鸟类关系较近,关键前肢相对较长。因此,对鸟类起源过程中肢体骨骼的动态进化轨迹进行系统量化分析,是我们认识到“在陆地上奔跑的恐龙”成为“在蓝天上飞行的恐龙(指鸟类)”的关键。 研究人员通过构建包括大量兽脚恐龙和中生代鸟类肢骨的形态进化空间,以及定量鸟类、非鸟类副鸟类和非鸟类兽脚恐龙的肢骨多样性,发现早期鸟类肢骨的整体多样性最低,非鸟类兽脚恐龙最高,类似差异也反映在前肢。但当研究对象聚焦于后肢时,差异并不明显。 比较中生代兽脚类恐龙(包括鸟类)肢骨形态的演化空间和多样性(王敏供图)。 在贝叶斯的框架下,研究人员还估计了包括鸟类在内的中生代兽脚恐龙肢骨的演化率。结果表明,当接近鸟类的起源节点时,前肢和后肢的整体进化速度变慢,前肢也出现同样的趋势,但后肢的进化没有类似的缓慢趋势。这表明原始鸟类进化速度的放缓仍然是前肢作用的结果。 中生代兽脚类恐龙(包括鸟类)的肢骨进化率(王敏图)。 本研究还对两种形式的功能指标进行了定量分析,即反映飞行模式的臂指数和反映地栖能力的脚指数。仍然发现这两个指数在鸟类中是最低的,进化速度在鸟类中相对较慢。 中生代兽脚类恐龙(包括鸟类)两种形态功能指数的演变(王敏供图)。 中生代兽脚类恐龙(包括鸟类)臂指数和脚指数的演化率(王敏图)。 上述研究的发现与进化生物学的“常识”大不相同。因为当一个具有“进化创新”意义的特征(如上颌、下颌)或形态功能(如飞行和咀嚼)出现在一个群体中时,通常认为这个群体的进化速度会更快,多样性会增加,因为这些“创新”将帮助生物进入一个新的生态位置。对于这一现象,研究认为,早期鸟类的多样性和进化率的下降主要是由前肢“拖累”的,因为在飞行选择的作用下,原始鸟类的前肢只能在适合空气动力学的框架下发生有限的变化。换句话说,原始鸟类的“骨骼系统蓝图”已经出现在一些非鸟类兽脚类恐龙中。随着与飞行相关的许多进步特征(如肌肉、韧带、骨骼关节模式等)的进化,前肢的变化可以突破“瓶颈”,最终进化出现代鸟类呈现的各种形式的前肢结构。这项研究还为鸟类进化之初的假设提供了量化数据的支持,“肩带进化在前面,腰带在后面”。
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