近期,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所赵凌霞研究团队对禄丰古猿(Lufengpithecus lufengensis)牙齿内部结构研究取得新进展。研究成果为禄丰古猿生长发育、牙齿结构特征及功能适应提供新的认识。相关成果发表于国际学术期刊《解剖学记录》(The Anatomical Record)和《人类进化杂志》(Journal of Human Evolution)。
禄丰古猿是中新世晚期生活在我国云南的一种大型古猿,是了解东亚古猿演化与绝灭、早期人类起源与发展的重要窗口。禄丰古猿化石保存较为丰富,其中牙齿有近千颗,前人研究主要集中于外部观察和测量。本次研究采用高精度CT扫描虚拟重建技术和组织切片的显微观察方法,深入研究禄丰古猿牙齿内部结构特征,为解析禄丰古猿其个体发育及生活史特征、牙齿结构与功能和栖息环境的适应性提供新的信息。
一.禄丰古猿牙齿三维釉质厚度分析
牙齿结构及功能与生态栖息环境及食物适应性等密切相关,并具有系统分类学意义。相较于现生类人猿,人类具有厚的牙釉质和广谱性食物及环境适应性,因此牙齿釉质厚度及结构特点是古人类学研究关注的重要内容。
论文以“Three-dimensional molar enamel thickness and distribution patterns in Late Miocene Lufengpithecus lufengensis from Shihuiba,Southwest China”为题,古脊椎所张立召高级工程师为论文第一作者,赵凌霞研究员和胡荣博士(厦门大学副教授)为论文通讯作者,杜抱朴博士(首都医科大学讲师)为共同作者。在不损坏化石标本的前提下,对禄丰古猿臼齿三维釉质厚度及分布特征开展测量分析。利用显微CT技术,对68颗禄丰古猿臼齿进行三维虚拟重建,并将现代人、直立人、猩猩、化石猩猩、黑猩猩、大猩猩的臼齿作为比较数据,获取三维釉质厚度数据及釉质厚度分布形态,从定性及定量两方面分析禄丰古猿臼齿厚度的综合特征,为古猿釉质厚度研究提供了重要信息,并进一步探讨了禄丰古猿的食性范围及环境适应,为亚洲地区古猿及古人类演化提供新视角。
禄丰古猿具有“中等”厚度的釉质,比现生黑猩猩和大猩猩厚,比现代人和直立人薄,与现生及化石猩猩接近;从牙齿咬合面上看,禄丰古猿较厚的釉质分布在牙齿的功能侧,上臼齿舌侧牙尖比颊侧牙尖的釉质更厚,下臼齿颊侧-远中侧的下内尖、下次尖、下次小尖的釉质更厚;从牙齿侧面上看,上、下臼齿侧面釉质厚度呈现明显的不均衡分布,较厚的釉质集中在齿冠上半部,这个特点比现生猿类及现代人更突出。
在猿类向人类演化的漫长历史进程中,生存环境和食物结构的改变对生物演化产生重要影响。在中新世晚期青藏高原隆升和亚洲季风气候的环境变化背景下,禄丰古猿较独特的釉质厚度特征表明它可以适应坚硬而复杂的食物,食性范围可能更加广泛,以应对季节性的气候变化和季节性食物短缺和变化。
图1 禄丰古猿臼齿三维釉质厚度测量及釉质厚度分布形态研究流程(张立召供图)
图2 禄丰古猿与现生大猿和现代人上臼齿釉质厚度分布特征比较 (张立召供图)
图3 禄丰古猿与现生大猿和现代人下臼齿釉质厚度分布特征比较 (张立召供图)
二.禄丰古猿牙齿的芮氏线周期
生物个体生命过程中,表现出一定的节律性,如昼夜生理节律、呼吸、心律等。节律长短,与物种个体生长期、成年体格大小、体重、寿命等生活史参数密切相关。牙齿中保存着节律性微结构,为我们科学探知禄丰古猿的生长过程提供了可行性。此前赵凌霞研究团队基于牙齿表面节律性生长纹(釉面横纹)观察估算,对禄丰古猿的牙齿生长和幼儿牙齿萌出年龄乃至生活史有了一定认知。为了进一步科学复原禄丰古猿的生长发育特点,本次研究运用组织切片技术,在偏光显微镜下观察牙齿釉质内部的芮氏线生长周期,在此基础上进一步评估禄丰古猿个体生长发育及系统演化意义,这为复原禄丰古猿牙齿生长发育提供重要基础数据。
论文以“Retzius periodicity in the Late Miocene hominoid Lufengpithecus lufengensis from Southwest China: Implications for dental development and life history”为题,胡荣为论文第一作者,赵凌霞为论文通讯作者,杜抱朴博士为共同作者。研究人员对9颗禄丰古猿牙齿釉质组织学切片观察分析,研究发现禄丰古猿芮氏线周期为9天,从而可以比较科学地推算禄丰古猿牙冠形成时间及幼年个体第一臼齿萌出年龄等重要生长指标。通过与其他现生和化石灵长类和人类比较,显示禄丰古猿芮氏线周期要长于现生原猴类、猴类及小猿类;与黑猩猩和现代人相比,更接近现生猩猩、化石猩猩和大猩猩。
以上研究得到了中国科学院战略先导专项B类资助。
图4 禄丰古猿牙齿切片及芮氏线周期 (胡荣供图)
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