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    我科学家提出“外侧转移”新假说 解释了鸟类起源研究中最具争议性的鸟类手指同源问题

    日期 2009-07-07   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    第   8   期

    (总第426期)

     

      本文提要:鸟类手指同源问题是鸟类起源研究方向一直困扰着古生物学家们的一个问题,也是进化生物学研究领域长期以来最具争议性的问题之一。由国家杰出青年科学基金获得者,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员领导的一个国际研究小组在6月18日出版的英国《自然》杂志上提出了解决这一问题的“外侧转移”新假说:他们认为兽脚类恐龙在向鸟类演化过程中,其功能性三指由内侧三指向外侧转移为中间三指,因此具有三指的相对进步的兽脚类恐龙-僵尾龙类实际上和鸟类一样保留了中间三个手指,这一转移过程涉及到复杂的功能变化和发育机制的变化。这一研究将有望消除古生物学资料和现代发育学资料有关鸟类手指同源问题产生的矛盾。

      鸟类手指同源问题是鸟类起源研究方向一直困扰着古生物学家们的一个问题,也是进化生物学研究领域长期以来最具争议性的问题之一。由国家杰出青年科学基金获得者,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员领导的一个国际研究小组在6月18日出版的英国《自然》杂志上提出了解决这一问题的新假说。同时,美国国家基金会网站新闻头条介绍了该研究成果。这一研究将有望消除古生物学资料和现代发育学资料有关鸟类手指同源问题产生的矛盾。

      化石材料显示,原始的兽脚类恐龙具有5个手指。在向鸟类的演化过程中,它们的两个外侧两指(相当于人类的无名指和小拇指)首先退化。处于过渡阶段的兽脚类恐龙-角鼻龙类具有四指,而最终演化出鸟类的兽脚类恐龙-僵尾龙类则和早期鸟类一样具有三指,这三指一般被认为是内侧三指。但是,现代发育生物学研究却表明鸟类保留了中间三指,也就是说在鸟类演化过程中,最外侧和最内侧的两个手指(相当于人类的大拇指和小拇指)退化消失了。这样,古生物学资料和现代发育学资料在鸟类手指同源问题上产生了冲突,这一冲突也成为了少数学者反对鸟类恐龙起源假说最有力的证据。古生物学家和发育生物学家提出了各种假说,试图消除这一矛盾,但这些假说都存在着明显的缺陷。

      徐星研究员领导的一个国际研究小组最近在我国新疆准噶尔盆地的侏罗纪地层中发现了一种奇特的恐龙。这种被徐星等人命名为泥潭龙的小型恐龙角鼻龙类。泥潭龙是角鼻龙类这类分异度很高的恐龙类群中最古老、最原始的成员之一,它没有其他角鼻龙类恐龙头部通常具有的脊或者角。非常奇特的是,泥潭龙没有牙齿,但却有一个像鸟类一样的用来切割植物的喙,它还具有常见于植食性恐龙当中的胃石。这表明,泥潭龙代表多数成员为肉食性动物的兽脚类大家族当中的一个植食性成员,就像今天的大熊猫。这一发现显示兽脚类恐龙早在距今大约1.6亿年前就有了明显的生态分异。

      最令研究者感到兴奋的是泥潭龙不同寻常的手部结构。泥潭龙保存了四个手指,但是其第一指却严重退化了,第二指非常发育(但同源异型转化后,使第二指具有某些第一指的特征)。这显示了一种与其它早期兽脚类恐龙完全不同的手指退化模式。徐星和他的合作者认为这表明兽脚类恐龙手指退化模式要远比过去认为的复杂。受此启发,他们重新观察和分析了其他兽脚类恐龙的手部特征,令他们感到惊讶的是,许多兽脚类恐龙的手部特征其实也暗示着一种复杂的退化模式。综合新的古生物学资料和现代发育学资料,徐星和他的合作者提出了一种外侧转移假说来解释恐龙手指的演化。他们认为最早期的兽脚类恐龙由于受猎食物行为的控制,首先退化了最外侧的手指(第五指),但随后在兽脚类恐龙演化过程中,可能出现了一个植食性阶段,猎食行为需要的抓握功能不再控制手指退化,而手指退化则开始由保守的发育机制控制,因此造成了第一指(最内侧的手指)的退化,这样具有三指的僵尾龙类实际上保留了中间的三个手指,但由于同源异型转化的影响,造成了中间三指发育了内侧三指(也就是第一指至第三指)的形态。也就是说,包括鸟类在内的僵尾龙类所保存的三指其实是第二、三、四指,这不同于僵尾龙类具有第一、二、三指的传统观念,这样,存在于古生物学和发育学资料之间的矛盾就消除了。

      徐星和他的合作者进一步分析了现代发育学资料,认为外侧转移假说能够用现代发育学机制进行解释。徐星和他的合作者还首次在古生物研究中采用了动态同源检测的方法。动态同源检测是一种用于基于分子生物学资料进行系统发育分析的方法,通过这一方法,他们为外侧转移假说提供了更多的支持。

      有关鸟类起源的研究需要包括古生物学、现代发育生物学等多学科的整合研究,这样,我们才能有望全面地了解这一重要的演化事件。近年来,徐星的研究小组在羽毛和翅膀等重要结构的演化研究方向多次尝试结合古生物学和现代发育生物学资料,取得了一批重要成果。

      此项研究得到了中国国家自然科学基金委、中国科学院、美国国家地理协会、美国国家科学基金会等多方面的支持。参与这项研究的研究人员来自中国、美国、加拿大、英国和墨西哥等多个国家。




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