觀(guān)點(diǎn)：恐龍如何進(jìn)化到鳥(niǎo)？中國科學(xué)家研究發(fā)現肢骨演化更慢變化更小

中生代獸腳類(lèi)恐龍(包括鳥(niǎo)類(lèi))肢骨形態(tài)演化空間和多樣性的比較。王敏 供圖

(記者 孫自法)億萬(wàn)年前的陸地霸主恐龍如何進(jìn)化成為展翅藍天的鳥(niǎo)?這無(wú)疑是脊椎動(dòng)物演化史中最為“震撼”的事件，過(guò)程中涉及大量骨骼系統、肌肉系統和表皮衍生物等結構的變化，這些變化或是趨同、或是同源作用的結果，但多數都與飛行的起源相關(guān)。

(相關(guān)資料圖)

中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所(中科院古脊椎所)王敏研究員與周忠和研究員最新完成的有關(guān)恐龍到鳥(niǎo)類(lèi)演化過(guò)程研究發(fā)現，在其形態(tài)多樣性和演化速率的深時(shí)變化方面，肢骨演化更慢，變化更小。

中生代獸腳類(lèi)恐龍(包括鳥(niǎo)類(lèi))的肢骨演化速率。王敏 供圖

這一“恐龍到鳥(niǎo)”研究的重要成果論文，北京時(shí)間6月5日夜間在施普林格·自然旗下專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-生態(tài)與進(jìn)化》(Nature Ecology& Evolution)上線(xiàn)發(fā)表。

論文第一作者和通訊作者王敏介紹說(shuō)，“恐龍到鳥(niǎo)”演化過(guò)程中最為顯著(zhù)的就是以肢骨長(cháng)度所代表的體型改變，例如從整體趨勢看，在演化樹(shù)上和鳥(niǎo)類(lèi)關(guān)系更近的獸腳類(lèi)恐龍有著(zhù)相對更長(cháng)的前肢。因此，系統地量化分析肢骨在鳥(niǎo)類(lèi)起源過(guò)程中的動(dòng)態(tài)演化軌跡，是認識“陸地奔跑的恐龍”成為“飛上藍天的恐龍(鳥(niǎo)類(lèi))”這一重要轉變的關(guān)鍵。

本項研究通過(guò)構建包含大量獸腳類(lèi)恐龍和中生代鳥(niǎo)類(lèi)肢骨的形態(tài)演化空間，以及量化鳥(niǎo)類(lèi)、非鳥(niǎo)類(lèi)副鳥(niǎo)類(lèi)和非副鳥(niǎo)類(lèi)獸腳類(lèi)恐龍這三個(gè)類(lèi)群的肢骨多樣性，發(fā)現早期鳥(niǎo)類(lèi)肢骨的整體多樣性最低，非副鳥(niǎo)類(lèi)獸腳類(lèi)恐龍最高，類(lèi)似的差異也反映在前肢上。不過(guò)，當研究對象聚焦于后肢時(shí)，差異就不明顯。

中生代獸腳類(lèi)恐龍(包括鳥(niǎo)類(lèi))兩個(gè)形態(tài)功能指數的演化。王敏 供圖

研究人員又對包括鳥(niǎo)類(lèi)在內的中生代獸腳類(lèi)恐龍肢骨的演化速率進(jìn)行估算，結果顯示前后肢整體的演化速率在接近鳥(niǎo)類(lèi)的起源節點(diǎn)時(shí)變慢，同樣的趨勢在前肢中也出現，但是在后肢的演化中卻沒(méi)有類(lèi)似的變慢趨勢。這說(shuō)明演化速率在原始鳥(niǎo)類(lèi)中的放緩，仍然是前肢作用的結果。

此次研究還對兩個(gè)形態(tài)功能指標進(jìn)行了量化分析，分別是反映飛行方式的臂指數和反映地棲能力的腳指數，仍然發(fā)現這兩個(gè)指數在鳥(niǎo)類(lèi)中都是最低的，演化速率在鳥(niǎo)類(lèi)中也是相對更慢。

“上述研究的發(fā)現與演化生物學(xué)的常識大相徑庭?！蓖趺糁赋?，因為當某一種具有“演化革新”意味的特征(如上、下頜)或者形態(tài)功能(如飛行、咀嚼)在某一類(lèi)群中出現時(shí)，通常認為該類(lèi)群的演化速率會(huì )變快、多樣性也會(huì )增加，因為這些“革新”會(huì )幫助生物進(jìn)入新的生態(tài)位。對于這一現象，本項研究認為早期鳥(niǎo)類(lèi)在肢骨形態(tài)上多樣性的貧瘠，以及演化速率的降低，主要受前肢“拖累”，這是因為在飛行的選擇作用下，原始鳥(niǎo)類(lèi)的前肢只能夠在適合空氣動(dòng)力學(xué)作用的框架下發(fā)生有限變化。換句話(huà)說(shuō)，原始鳥(niǎo)類(lèi)具有的“骨骼系統藍圖”在一些非鳥(niǎo)類(lèi)獸腳類(lèi)恐龍中就已經(jīng)出現了。

中生代獸腳類(lèi)恐龍(包括鳥(niǎo)類(lèi))臂指數和腳指數的演化速率。王敏 供圖

王敏表示，隨著(zhù)許多和飛行相關(guān)的進(jìn)步特征，包括和飛行精細動(dòng)作完成相關(guān)的肌肉、韌帶、骨骼的關(guān)節方式等在演化后期出現，前肢的變化才能突破“瓶頸”，最終演化出現代鳥(niǎo)類(lèi)所呈現的形態(tài)多樣的前肢結構。

他透露，本項研究還為學(xué)界此前提出的、在鳥(niǎo)類(lèi)演化伊始“肩帶演化在前，腰帶在后”這一假說(shuō)提供了量化數據的支持。(完)

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