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    我国学者在羽毛早期演化方向取得重要进展

    日期 2009-03-16   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:羽毛的起源和演化是进化生物学研究的一个难点问题。国际知名刊物《美国国家科学院院刊》近期刊发了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等人的最新研究成果。徐星等人在一种叫做北票龙的恐龙身体上发现了一种原始羽毛――扁平的单根丝状羽毛,这种单根丝状羽毛与基于发育学模型推测的最原始羽毛的形态非常接近,验证了发育学模型的推测。对这种原始羽毛的功能分析和它与翼龙等类群的丝状皮肤衍生物的同源分析为羽毛的起源和早期演化的研究打开一个非常广阔的空间。

      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等人,在最近出版的国际知名刊物《美国国家科学院院刊》上刊发了他们在羽毛起源和早期演化研究方向取得的最新成果:他们在一种兽脚类恐龙身体上发现了已知最原始的羽毛形态,并对这种原始羽毛的发育模式、功能和其与翼龙等类群的丝状皮肤衍生物的同源关系进行了探讨。这一研究成果代表进化生物学研究领域的又一重要进展。

      自达尔文时代起,许多生物学家都有一个梦想:重建地球上所有生命的进化历史,以系统树的形式描述这部历史,并恢复这些生命形式的重要结构的形成历史。在重建地球生命演化历史的研究过程中,化石证据起着关键的不可替代的作用,帮助我们建立起了理解地球生命演化的框架。近年来,分子生物学、细胞生物学和胚胎发育的研究在探索生命的奥妙中发挥了越来越重要的作用。生命之树的重建在很大程度上依赖于分子生物学的信息,一些复杂生物结构的研究更是得益于分子生物学的进展。近些年来,我国一系列化石宝库揭示的演化现象更是激发了现代发育生物学者的极大兴趣,展开了相关方向的研究。其中,有关羽毛起源和早期演化研究成为现代发育生物学的一个热点研究方向,就是由我国辽西早白垩世热河群中大量带羽毛恐龙化石的发现引发的。同时,古生物学家也开始更多地参考发育生物学的最新研究资料来探讨一些重要生物结构的演化。

      从上个世纪中期开始,我国辽西早白垩世热河群中产出了大量的带羽毛恐龙化石,这些化石保存了各种形态的原始羽毛以及具有现代羽毛形态的羽毛。通过研究着生这些羽毛的各种恐龙的系统发育关系,古生物学家们推测出了这些不同形态羽毛由简单到复杂的演化序列。化石证据显示的羽毛演化序列支持了基于分子生物学资料和胚胎发育资料建立的羽毛演化模型。尽管古生物学家们在恐龙化石当中发现了发育学模型预测的大多数形态,但一直没有发现该模型预测的最原始形态:单根丝状羽。徐星等人在一种叫做北票龙的兽脚类恐龙身上发现了一种扁平的单根丝状羽毛,尽管这种羽毛与发育学模型推测的最原始羽毛—柱状的单根丝状羽毛形态有所差异,但徐星等人通过研究认为北票龙的这种扁平的单根丝状羽毛为最原始羽毛的一种变异形态,从而在化石记录当中建立了一个能够与发育学模型完全对应起来的羽毛演化序列。

      徐星等人推测,北票龙的这种扁平的单根丝状羽毛之所以与发育学模型推测的最原始羽毛—柱状的单根丝状羽毛形态有所差异,是由于两者发育于形态上稍有差异的羽胚:前者发育自扁平的管状结构,而后者源自圆柱形管状结构。他们进一步推测,发育过程中,这种管状结构内壁的羽枝脊如果没有发生分化,就会形成单根丝状羽毛,而如果管状结构的羽枝脊发生了分化,就可能形成由多根细丝形成的复合体,对应于羽毛演化的相对高级阶段。

      他们进一步把北票龙的单根丝状羽毛与翼龙类和鸟臀类恐龙身体上着生的丝状皮肤衍生物进行了对比,发现两者可能具有初级同源关系。如果这一推论正确,羽毛将可能起源于三叠纪中期甚至更早,是包括恐龙和翼龙在内的一个更大类群的特征,这将为羽毛的起源和早期演化研究打开一个非常广阔的空间。

      徐星研究员及课题组长期得到国家自然科学基金的支持。近年来,他们在鸟类起源以及鸟类羽毛和飞行起源研究方向取得了一系列重要成果,在国际学术界引起了广泛关注。今后他们将继续这一方向的研究,尤其是更加紧密地结合古生物学和现代发育生物学的资料,对包括羽毛在内的一些重要结构的起源展开研究。




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