作者:王敏等 来源:《自然—生态与进化》 发布时间:2023/6/6 12:38:09
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从恐龙到鸟,为何演化变慢?

 

生命演化史上有一些重要的节点事件,比如颌的出现,鱼类登上陆地,爬行动物飞上蓝天等等。过去,科学家理所当然地认为,当这类具有“演化革新”意味的特征或者形态功能在某一类群中刚刚出现时,该类群的演化速率会变快,多样性也会增加。原因是,这些“革新”能够帮助生物快速进入新的生态位。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王敏一直从事早期鸟类演化研究,然而根据他所观察到的中生代鸟类化石标本却显示,刚飞上蓝天的早期鸟类的多样性似乎并不高。于是,他对演化生物学的这个“常识”重新进行了求证,而结果也确实与先前的认知大相径庭。6月5日,相关研究成果发表在了《自然—生态与进化》。

恐龙到鸟是脊椎动物演化史上最为震撼的事件之一,这一过程涉及了大量骨骼系统、肌肉系统和表皮衍生物等结构的变化,而这些变化多数都与飞行的起源相关。

“其中最关键的变化,就是以肢骨长度所代表的体型改变。”王敏介绍说,比如,从整体趋势看,在演化谱系中,和鸟类关系更近的兽脚类恐龙有着相对更长的前肢。

按照过去的猜想,早期鸟类的肢骨演化速率会比较快,整体多样性也应该比较高。可是,研究人员系统比较了鸟类、非鸟类副鸟类、和非副鸟类兽脚类恐龙这三个类群的肢骨多样性,发现早期鸟类肢骨的整体多样性竟然是最低的,而非副鸟类兽脚类恐龙是最高的,这种差异主要反映在前肢上。

研究人员又对包括鸟类在内的中生代兽脚类恐龙肢骨的演化速率进行了计算,结果也出现了相似的规律。前后肢整体的演化速率在接近鸟类的起源节点时反而是变慢了,而这种趋势在前肢上表现的最为明显。

如何解释早期鸟类在肢骨形态上多样性的贫瘠,以及演化速率的降低?

王敏认为,这一现象主要是受到鸟类前肢的“拖累”。“在早期鸟类演化中,飞行具有很强的自然选择作用。因此,原始鸟类的前肢只能够在适合空气动力学作用的框架下发生有限的变化。”

“随着许多和飞行相关的进步特征,例如和飞行精细动作完成相关的肌肉、韧带、骨骼的关节方式等在演化后期的出现,鸟类前肢的变化才能突破‘瓶颈’,最终演化出现代鸟类所呈现的形态多样的前肢结构。”

王敏举例,后期有一些高度特化的鸟类,比如鱼鸟和黄昏鸟,它们能够在海洋中进行“潜水”飞行,而这种独特的生活方式,跟它们细微的肌肉、韧带、骨骼的关节方式的演化密切相关,他们比早期鸟类更有能力突破肢骨带来的限制。

“当生物在获得了某种重要的特征、功能时,会对整个物种的发展产生巨大的促进作用。但这项研究告诉我们,我们还需要精细地区分,这种促进作用在不同的演化时间阶段所产生的影响是不同的。”王敏表示。(来源:中国科学报 胡珉琦)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41559-023-02091-z

 
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