哺乳动物演化一直是古生物研究的焦点。由我国古生物学家领衔的两项最新研究——杨氏滇尖齿兽和周氏近柱齿兽,填补了哺乳动物颌中耳演化和牙齿演化的空白,推进了人们对生物演化之路的了解。这两项成果一起登上了北京时间4月3日出版的国际学术期刊《自然》。

杨氏滇尖齿兽的研究由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称“古脊椎所”)、云南地方研究力量、澳大利亚古生物学家和美国古生物学家合作完成。周氏近柱齿兽的研究,由古脊椎所、内蒙古自然博物馆、澳大利亚古生物学家以及美国古生物学家合作完成。

古脊椎所毛方园研究员说:“我们依据从禄丰早侏罗世的一个类似摩根兽的标本,建立了杨氏滇尖齿兽这个新种。”通过对模式标本多次、不同机型、从整体到局部的高精度CT扫描,研究团队获得了近于完整的三维复原的头骨和牙齿数据,也恢复了左右两侧下颌中耳结构。“结合燕辽生物群发现的周氏近柱齿兽的下颌中耳,新发现提供了迄今为止中生代哺乳形动物中保存最为完整的下颌中耳结构,提供了中耳演化中原始颌关节缺失的演化证据。”

在已有的系统发育关系下,这个研究集合了从燕辽生物群、热河生物群不同阶段最有代表性的一系列化石研究结果,对哺乳动物中耳演化这个经典问题,提出了迄今为止最有说服力的古生物学证据,并建立了以中国材料为基础的中耳渐进演化假说的模型。毛方园说:“哺乳形动物中耳和颌骨形态和功能的变化,以一种镶嵌模块式演化进行。”据此,研究人员提出了“体系转化”的概念:哺乳动物中耳的形成,不是单个特征或者某个局部的变化,而是一个体系的变化,涉及牙齿、下颌、头骨、内耳以及相关肌肉、神经等软体组织诸多方面。

毛方园说:“牙齿特征是了解哺乳动物系统发育最为关键的信息,但之前一些关于牙齿演化的重要古生物种属——蜀兽、柱齿兽、南方磨楔齿兽类,它们之间的关系,以及牙齿的演化过程充满了谜题和争议。”研究人员在内蒙古道虎沟中侏罗纪发现了两块蜀兽类标本,建立了新属新种——周氏近柱齿兽。“我们重新解释了有关牙齿的很多特征,并纠正了一些同源关系不清楚的特征,由此产生的系统发育分析结果对传统观点具有颠覆性。”毛方园表示,比如蜀兽不再和南方磨楔齿兽有关,它们的系统发育关系相隔很远,而是和传统的柱齿兽聚在一起,形成了一个新的支系,被命名为柱齿兽形类。

研究人员认为,系统发育关系表明,哺乳形动物的牙齿演变方向,是由一个摩根兽类的祖先,分别独立演化产生了柱齿形兽类、异兽类、对齿兽-全兽类三个主要类群。毛方园说:“尽管它们演化路径不同,但都增加了牙齿咬合的尖脊和磨蚀面,形成更多、更有效的剪切、挤压、研磨功能,提高了处理食物的效率。而这种演化实验,在哺乳动物冠群形成前的晚三叠世就已经开始并充分发展了。但最终,只有具磨楔齿的支系最终成功演化成为今天地球上占有统治地位的哺乳动物冠群。”

这些新发现,都是在持续工作的基础上得出的。有评论认为,这些成果将会促进中生代哺乳动物乃至整个早期哺乳动物演化的研究,让人们对地球生命历史的认识翻开新篇章。

(原载于《光明日报》 2024-04-06 03版)