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1.6亿年前侏罗纪“小老鼠”化石,揭示哺乳动物舌骨的早期演化文章来源:科普中国 发布时间:2019-07-28

我国内蒙古宁城县发现罕见柱齿兽化石,其舌骨结构保存完好,将现生哺乳动物的舌骨构造起源向前推进了近4000万年。

最近,沈阳师范大学领导的国际合作小组报道了一项新研究:在我国内蒙古地区距今约1.64亿年的侏罗纪地层中,发现一种新的哺乳型动物化石--“微小柱齿兽” (Microdocodon) 。该化石的独特之处在于,其舌骨保存非常完好,且比之前发现的“周氏混元兽”舌骨化石还要早将近4000万年。(注:哺乳型动物,是指现生哺乳动物的非直系祖先,和现生哺乳动物的直系祖先生活在一个时代,后来灭绝)

该化石的发现,揭示了现生哺乳动物的“马鞍状”舌骨构造(不利于吞咽)传承于更为原始的哺乳型动物,可能在整个哺乳动物家族祖先获得咀嚼能力的最早期阶段就已成型。该成果于7月 19日发表在国际顶级期刊《科学》杂志上。

罕见的舌骨化石

2013年,古生物学家在内蒙古宁城县五化地区发现了一具古哺乳动物的化石,这具化石非常完整,分为正副模保存在对开的石头上。化石后来被沈阳师范大学古生物学院征集,并由该学院的周长付教授主导研究,参与者包括来自美国芝加哥大学的罗哲西教授、来自德国波恩大学的T.马丁教授,以及美国耶鲁大学的A.布拉尔博士等。

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微小柱齿兽化石;来源:论文

研究人员使用高精度的CT扫描技术对化石进行的扫描和三维重建。经过6年的努力,最终证实,微小柱齿兽具有与现生哺乳动物同样的舌骨构造。

舌骨是悬挂在哺乳动物头骨和喉结之间的纤细骨头,能够为舌头和颈部肌肉提供附着。舌骨是非常重要的结构,影响着动物的进食、咀嚼和发声。爬行动物和原始的似哺乳类爬行动物(爬行动物的一支,其后代进化为哺乳动物的祖先)的舌骨都是简单棒状结构。所以他们可以吞进去比自己头部大很多的食物,比如蛇类可以吞食巨大的鸟蛋,鸟类可以吞进大鱼等等。

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蛇类和鸟类的舌骨都是棒状结构,可以吞进比自己头部大得多的猎物;来源:网络

现生哺乳动物的舌骨呈马鞍状,这样的构造无法使大块食物通过。这种变化的原因是哺乳动物进化出了多功能的牙齿和咀嚼功能,可以将口中的食物更好地分解,便于消化。而这一舌骨构造是何时产生的,一直是古生物学家感兴趣的问题之一。然而,由于舌骨较为细弱,且不与其他骨头相连接,所以很难被保存下来形成化石。

2018年,在距今1.26亿年前的热河生物群中发现的真兽类哺乳动物——周氏混元兽的化石上,古生物学家发现了首个精美保存的类似于现生哺乳动物的舌骨构造,震惊了整个古生物学界,被评为当年古生物学十大进展。然而,现生的哺乳动物包括单孔类、真兽类(有胎盘类)和后兽类(有袋类)三大类群,混元兽只是现生真兽类(有胎盘类)哺乳动物的祖先类群的代表,那么,其他现生哺乳动物的舌骨构造是如何进化来的呢?最早成形于什么时候?

本次发现的微小柱齿兽不是现生哺乳动物的直系祖先,而是属于我们近亲的哺乳型动物。然而在它的身上却保存了与现生哺乳动物同样的包括甲状舌骨、基舌骨、角舌骨和上舌骨等在内的鞍状舌骨构造。并且,与混元兽的舌骨构造相比,微小柱齿兽的舌骨构造形态更为原始。同时,这一发现将现生哺乳动物舌骨构造的起源提早了近4000万年。这表明:现生哺乳动物的舌骨构造传承于更为原始的哺乳型动物,可能起源于整个哺乳动物家族祖先获得咀嚼能力的最早期阶段。

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原始的犬齿兽(左)和微小柱齿兽(右)舌骨及咽部构造对比;来源:论文

柱齿兽多样性

本次发现的微小柱齿兽体长只有14.7厘米,体重约5~9克,跟现生最小的哺乳动物——鼩鼱(qú jīng)差不多。它的骨骼轻盈,四肢长而纤细,长着一条超过体长一半的尾巴,这些身体特征可以帮助微小柱齿兽在攀援树栖的过程中保持平衡;而它复杂的臼齿结构则表明其杂食性的特点,主要以昆虫为食,同时也吃点植物。

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微小柱齿兽复原图,体型非常地小巧;来源:网络

中生代哺乳型动物是现生哺乳动物的近亲类群,其化石发现可为追溯哺乳动物的起源和早期演化提供最直接证据,因此,该领域是古生物学和演化生物学研究的热点之一。(注:中生代为距今2.51亿年前到6600万年前,包括三叠纪、侏罗纪、白垩纪三个纪,又称“爬行动物时代”,恐龙非常繁盛)

微小柱齿兽属于原始哺乳型动物的柱齿兽类支系(Docodonta),该支系中生代时期在北方大陆分布较广,但以往发现的主要是牙齿化石。近年来,我国在内蒙古东南部、辽西和冀北等地的侏罗纪燕辽生物群中发现了一些保存较为完好的骨架化石,如半水生游泳的狸尾兽、掘穴生活的挖掘柱齿兽以及树栖的灵巧柱齿兽等。

而微小柱齿兽的发现不仅表明了柱齿兽类对树栖生活适应的多样性,同时它也是迄今我国发现的体型最小的柱齿兽类,其体重仅为狸尾兽的2%,伶巧柱齿兽的15-25%,挖掘柱齿兽的50%,丰富了我们对柱齿兽类体型分异多样性的认识。这些突破性的发现为我们探究中生代时期早期哺乳动物演化提供了重要契机。

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燕辽生物群发现的柱齿兽类生活场景复原;来源:网络