生命演化史上有一些重要的節(jié)點事件，比如頜的出現(xiàn)，魚類登上陸地，爬行動物飛上藍(lán)天等等。過去，科學(xué)家理所當(dāng)然地認(rèn)為，當(dāng)這類具有“演化革新”意味的特征或者形態(tài)功能在某一類群中剛剛出現(xiàn)時，該類群的演化速率會變快，多樣性也會增加。原因是，這些“革新”能夠幫助生物快速進入新的生態(tài)位。
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員王敏一直從事早期鳥類演化研究，然而根據(jù)他所觀察到的中生代鳥類化石標(biāo)本卻顯示，剛飛上藍(lán)天的早期鳥類的多樣性似乎并不高。于是，他對演化生物學(xué)的這個“常識”重新進行了求證，而結(jié)果也確實與先前的認(rèn)知大相徑庭。6月5日，相關(guān)研究成果發(fā)表在了《自然—生態(tài)與進化》。
恐龍到鳥是脊椎動物演化史上最為震撼的事件之一，這一過程涉及了大量骨骼系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)和表皮衍生物等結(jié)構(gòu)的變化，而這些變化多數(shù)都與飛行的起源相關(guān)。
(資料圖片)
“其中最關(guān)鍵的變化，就是以肢骨長度所代表的體型改變。”王敏介紹說，比如，從整體趨勢看，在演化譜系中，和鳥類關(guān)系更近的獸腳類恐龍有著相對更長的前肢。
按照過去的猜想，早期鳥類的肢骨演化速率會比較快，整體多樣性也應(yīng)該比較高?？墒牵芯咳藛T系統(tǒng)比較了鳥類、非鳥類副鳥類、和非副鳥類獸腳類恐龍這三個類群的肢骨多樣性，發(fā)現(xiàn)早期鳥類肢骨的整體多樣性竟然是最低的，而非副鳥類獸腳類恐龍是最高的，這種差異主要反映在前肢上。
研究人員又對包括鳥類在內(nèi)的中生代獸腳類恐龍肢骨的演化速率進行了計算，結(jié)果也出現(xiàn)了相似的規(guī)律。前后肢整體的演化速率在接近鳥類的起源節(jié)點時反而是變慢了，而這種趨勢在前肢上表現(xiàn)的最為明顯。
如何解釋早期鳥類在肢骨形態(tài)上多樣性的貧瘠，以及演化速率的降低？
王敏認(rèn)為，這一現(xiàn)象主要是受到鳥類前肢的“拖累”。“在早期鳥類演化中，飛行具有很強的自然選擇作用。因此，原始鳥類的前肢只能夠在適合空氣動力學(xué)作用的框架下發(fā)生有限的變化?！?/p>
“隨著許多和飛行相關(guān)的進步特征，例如和飛行精細(xì)動作完成相關(guān)的肌肉、韌帶、骨骼的關(guān)節(jié)方式等在演化后期的出現(xiàn)，鳥類前肢的變化才能突破‘瓶頸’，最終演化出現(xiàn)代鳥類所呈現(xiàn)的形態(tài)多樣的前肢結(jié)構(gòu)。”
王敏舉例，后期有一些高度特化的鳥類，比如魚鳥和黃昏鳥，它們能夠在海洋中進行“潛水”飛行，而這種獨特的生活方式，跟它們細(xì)微的肌肉、韌帶、骨骼的關(guān)節(jié)方式的演化密切相關(guān)，他們比早期鳥類更有能力突破肢骨帶來的限制。
“當(dāng)生物在獲得了某種重要的特征、功能時，會對整個物種的發(fā)展產(chǎn)生巨大的促進作用。但這項研究告訴我們，我們還需要精細(xì)地區(qū)分，這種促進作用在不同的演化時間階段所產(chǎn)生的影響是不同的?！蓖趺舯硎?。
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41559-023-02091-z
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