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侏罗纪哺乳动物研究再出重大成果——英国《自然》(Nature)杂志发表《侏罗纪新的滑翔哺乳动物》和《侏罗纪生态系统中哺乳动物中耳和捕食适应进化的新证据》
发布时间:2018-03-16 15:41

由北京自然博物馆、美国芝加哥大学和河北地质大学组成的国际合作团队,在我国辽宁省建昌县和河北省青龙县距今约1.6亿年的晚侏罗世地层中,发现两种最原始的、具有皮翼的滑翔哺乳型动物化石。89日,英国《自然》(Nature)杂志分别以《侏罗纪新的滑翔哺乳动物》和《侏罗纪生态系统中哺乳动物中耳和捕食适应进化的新证据》为题,用两篇连载文章在线发表了两项重大科学研究成果。新发现的化石标本收藏于北京自然博物馆。

滑翔类哺乳动物祖先已具“飞行能力”

新发现的滑翔动物属于哺乳型动物基干支系,也是现代哺乳动物的祖先类群,它们均为哺乳动物演化树的早期分化绝灭支系——贼兽类的新属种,分别被命名为似叉骨祖翼兽(Maiopatagium furculiferum)和双钵翔齿兽(Vilevolodon diplomylos)。这是所有哺乳动物漫长演化历程中最为原始的滑翔动物,比远古翔兽(Volaticotherium antiquus)系统位置更原始,比现代哺乳动物中最早的滑翔类型——最早的皮翼类哺乳动物和最早的飞鼠化石要早1.1亿年。新发现为研究早期哺乳动物的演化多样性和生态多样化提供了重要的化石证据。

第一篇论文报道了祖翼兽(Maiopatagium)在外形上与现代飞鼠最相似,它表现出与某些树栖有袋类动物和胎生哺乳动物类似的演化适应。祖翼兽的翼膜和融合在一起的叉骨让人联想到鸟的同类结构,而它的肩胛带更像现代产卵鸭嘴兽,而非胎盘动物或有袋类动物。

第二篇论文详细描述了翔齿兽(Vilevolodon)的牙齿替换模式和大多数其它早期哺乳动物不同,其臼齿形状令人联想到研钵与研杵,可能用来碾磨植物软组织和种子。因此,这些化石代表了已知最早的滑翔运动模式与植食性相组合的哺乳型动物。

中生代的哺乳动物和恐龙生活在同一时期,为哺乳动物早期的身体结构演化和生态多样化提供了关键证据。不过,这些早期哺乳动物已经形成了许多在当今哺乳动物中常见的特征。滑翔行为的演进是陆地栖息地与空中飞行分化的一个重要演化过渡。

 “这些化石告诉大家,1.6亿年前哺乳动物就演化出滑翔功能。” 祖翼兽论文的第一编辑、北京自然博物馆孟庆金研究员告诉记者,2014年,团队成员在辽宁省建昌县和河北省青龙县发现化石标本。“经过3年研究,大家确认这些标本属于两种最原始的、具有皮翼的滑翔哺乳型动物化石,它们被埋在距今约1.6亿年的晚侏罗世地层中。”

新发现的滑翔动物分别被命名为似叉骨祖翼兽和双钵翔齿兽。它们属于哺乳型动物基干支系,也是现代哺乳动物的祖先类群,均为贼兽类的新属种。

新发现的祖翼兽体重大约120克-170克,在中生代哺乳动物中属中等体型;而翔齿兽则为典型的中生代小哺乳动物体型,体重大约35克-55克。祖翼兽和翔齿兽化石标本都非常精美地保存了皮膜和毛发的结构,这些皮翼连接在颈部、前后肢和尾椎之间,形成前皮翼(膜)、侧皮翼(膜)和尾皮翼(膜),与现生哺乳动物的滑翔皮翼(膜)相似。

为何判断它们属于滑翔动物呢?孟庆金说,新化石的锁骨与间锁骨已愈合,形成“Y”字形,与鸟的叉骨形状相似,并且锁骨与肩胛骨关节有很大的活动性,其四肢骨骼比例也符合滑翔功能的形态特征,能满足攀爬和滑翔需求。

“多数哺乳动物属陆栖动物,在空中飞行或滑翔的运动方式,是哺乳动物最特别的演化特征之一。”孟庆金表示,新发现的标本提供了最原始的涉及到飞行的演化模式,表明这一类具有飞行能力的哺乳动物,起源于树栖类的祖先,最终飞向天空。这些空中飞行或滑翔的动物都跨越了由地面栖息向空中运动的重要演化过渡,占据了新的生态位。

哺乳动物是当今世界上最重要也是相当繁荣多样的动物类群之一,现生物种超过5400多种,其中大多数是陆栖动物。在空中飞行或滑翔的运动方式,是哺乳动物最为特异的演化适应特征之一,这种独特的运动方式,有利于它们利用地栖动物不能企及的新的食物资源。空中飞翔这一演化优势,在自然选择之下,在新生代的现代哺乳动物中多次出现。

祖翼兽和翔齿兽与现代滑翔哺乳动物也有许多差别。新发现的原始哺乳型滑翔动物不仅骨骼形态与现代哺乳动物有所不同,它们滑翔的运动方式与植物食物的组合也依赖完全不同的植物类群。

此外,翔齿兽新化石还展现出了一个以前未知的下颌骨中耳结构的独特形态组合,即鼓骨的前支和较短的麦氏软骨链接在下颌骨角区的很小的三角形区域,但翔齿兽的麦氏骨沟退化。这种中耳的独特的特征组合增加了哺乳动物性状复杂转换的证据。

早期滑翔类哺乳动物曾与恐龙一起生活

哺乳动物在晚三叠纪开始出现,演化历史中很大一部分都在恐龙称霸的中生代(2.52亿年前至6600万年前)。但哺乳动物中生代的演化历史,尤其是侏罗纪哺乳动物演化历史,仍然有许多未解之谜。祖翼兽和翔齿兽的发现,对侏罗纪哺乳动物演化的研究大有帮助。

科学家已经确定了两种新的古代滑翔类哺乳动物物种,它们生活在大约1.6亿年前,当时恐龙正统治地球。这些化石说明,早期的哺乳动物并不是只会畏缩在恐龙的脚边,还具有多种多样的身体构造和生活习性。它们有长着河狸一样的尾巴的游泳者、有像松鼠一样的爬树者、有如同老鼠一样的掘洞者和吃幼年恐龙的小型食肉者,这些生活习性可以使它们逃离捕食者“虎口”。

翔齿兽论文第一编辑、美国芝加哥大学古生物学家罗哲西教授说:“即使居于恐龙统治的生态系统中,早期哺乳动物也呈现了生态多样化特征。”

似叉骨祖翼兽长约9英寸(约合23厘米),与飞鼠的体积相似。双钵翔齿兽要小一些。科学家们从前爪和后爪的骨骼判断,这两种动物像现代的猫猴一样,用四肢倒挂在树上休息,还会像蝙蝠一样用后爪抓紧树枝。似叉骨祖翼兽的牙齿与狐蝠类似,说明它们吃植物柔软的部分。双钵翔齿兽的牙齿更像松鼠,适合吃种子。

在它们生活的时代,像近鸟龙这样有羽毛的小型恐龙也在尝试飞行,处于向鸟类进化的过程中。与它们生活在同一时代的还有最早的飞行脊椎动物翼龙。

当然要关心下这些会飞的萌物们在1.6亿年前吃什么的问题。大家常常戏称古哺乳动物学家是“牙科医生”,因为哺乳动物的牙齿能够提供非常大的信息量。正是祖翼兽和翔齿兽独特的牙齿,为大家揭示出,它们可能和现生的滑翔哺乳动物一样,也以植物为食,从而形成了植食性和滑翔行为相结合的生活方式。祖翼兽的上臼齿保存完好,上面长有两排独特的、尖尖的嵴。双钵翔齿兽的臼齿形状则更加不走寻常路了。它的臼齿形似研磨用的钵体和钵杵,可能用于研磨植物的软组织和种子。它的牙齿替换模式也异于其他大多数的早期哺乳动物。

根据这些牙齿上的特征,科学家认为新发现的早期滑翔哺乳动物和植食性的现生滑翔哺乳动物可能具有相似的食性,主要以晚侏罗世占优势地位的蕨类和裸子植物为食,比如苏铁、银杏、松柏等。它们可能主要吃这些植物上较柔软的部分,如嫩叶、嫩枝和球果等。

然而,这两种最早的滑翔哺乳动物的发现极大地丰富了大家对早期哺乳动物多样性的认识,证明哺乳动物早早已经开始了对天空的探索。尽管比不上恐龙的繁盛,但中生代的哺乳动物已经出现了滑翔等多种生态习性,并在随后的漫长演化中将其发扬光大。祖翼兽和翔齿兽都属于树栖的艾榴齿兽类,在演化树上的位置十分原始,意味着至少某些哺乳动物从树栖的祖先类群中演化出了滑翔这一特殊的运动方式,在恐龙横行的侏罗纪飞出了自己的一片天空。

 

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