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科研進展

原始鳥類頭骨和胸骨的形態功能研究取得進展

發表日期:2019-01-28來源:放大 縮小

  近期,系統古生物學(Journal of Systematic Palaeontology)发表了中國科學院古脊椎动物与古人类研究所王敏,周忠和关于早白垩世反鸟类的研究工作,报道了一新属种:纤细上羊鸟(Shangyang graciles),爲討論原始鳥類頭骨和胸骨的形態功能演化提供了新的信息。 

  反鳥類是中生代鳥類演化最爲成功的一個類群,其化石記錄見于幾乎所有大洲,涵蓋整個白垩紀。分支系統學的研究表明反鳥類構成了今鳥型類的姐妹群,而後者最終演化出所有現代鳥類。纖細上羊鳥的正型化石發現于我國早白垩世熱河生物群的九佛堂組,距今約1.2億年。上羊鳥個體較小,骨骼纖細,這也正是其種名的來源。上羊鳥在頭骨、肩帶、後肢等的形態特征上區別于已知的其他反鳥類,特別是左、右兩側的前上颌骨完全愈合,胸骨發育一對前外側突。現代鳥類的頭骨骨骼愈合程度高,如前上颌骨;但是完全愈合的前上颌骨在鳥類演化曆史中是何時出現的卻並不清楚。前上颌骨的愈合程度在早白垩世的鳥類中變異很大,如完全不愈合,或者僅在吻端愈合,但仍然保留相互分離的額骨突(背突)。已有的化石記錄表明完全愈合的前上颌骨出現于晚白垩世較爲進步的今鳥型類(如魚鳥、黃昏鳥類),而在多數反鳥類中缺失,如在晚白垩世的戈壁鳥,前上颌骨僅在吻端愈合,但背突相互獨立。上羊鳥的發現不僅說明這一進步的特征至少出現于早白垩世,並且表明完全愈合的前上颌骨是在反鳥類和今鳥型類中平行演化而來的。 

  發育生物學的研究揭示鳥類前上颌骨的愈合與特定基因相關——FEZ(鼻額突外胚層區域)和WNT信號通路在胚胎發育階段的面部中間區域表達。而上述通路在包括鳄魚、蜥蜴等在內的爬行動物中的相對位置不表達,而其前上颌骨在成年時也不發生愈合。愈合的前上颌骨可能帶有功能上的優勢,因爲許多鳥類在前颌骨、鼻骨、額骨關聯處可以發生一定程度的相對運動,是鳥類頭骨可動性的組成部分,愈合的前上颌骨(特別是額骨突)能夠更好的應對彎曲變形。上羊鳥的胸骨前緣兩側各具一個近似三角形的前外側突,相同的結構在其他反鳥類中僅見于翼鳥、華夏鳥和抓握鳥,在一些基幹今鳥型類中亦有報道。但是這些中生代鳥類所具有的前外側突的形態顯著區別于現代鳥類。前外側突主要附著胸喙肌,該肌肉的另一端附著烏喙骨,從而牽引後者沿著胸骨前緣的關節面滑動,從而在向下扇動翅膀的運動中發揮作用。在缺失胸骨前外側突的現代鳥類中,胸喙肌則附著在身體最前面的兩根肋骨上。因此,胸骨前外側突的發育程度,會影響胸喙肌的附著位置和力臂的大小,對飛行運動産生一定影響;前外側突在原始鳥類中的分布情況,進一步表明與飛行相關的骨骼—肌肉系統的複雜變化在鳥類演化伊始就已經出現。 

  本研究得到了國家自然科學優秀青年基金、基礎科學中心項目,以及中國科學院青年创新促进会的支持。 

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1  纤细上羊鸟正型(王敏供圖)

圖2 原始鸟类胸骨前外侧突的发育情况,以及胸喙肌附着位置的变化。(王敏供圖)

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