中美团队发现混元兽 系人类等胎盘类动物早期祖先

2018年06月26日 03:47:31 来源:中国新闻

  原标题:混元兽“出世”改写有袋动物起源

  系人类等胎盘类动物早期类型;曾被认为是袋鼠等有袋类祖先的中国袋兽与其同属一支

周氏混元兽(Ambolestes zhoui,STM33-5)的复原图。
周氏混元兽的正型标本。 本版图片/受访者供图

  近日,云南大学云南省古生物研究重点实验室毕顺东教授领衔中美古生物学研究团队,将一件迄今为止保存最为完整的早白垩世哺乳动物化石命名为“混元兽”,并认为混元兽是人类等胎盘类哺乳动物的早期祖先,而此前被认为是袋鼠等有袋类哺乳动物祖先的中国袋兽与混元兽同属一支。新研究意味着亚洲可能不是有袋类动物的起源中心。

  该研究成果在线发表于英国《自然》(Nature)杂志。

  混元兽标本发现于内蒙古宁城地区义县组下部地层,是距今1.26亿年的热河生物群中的哺乳动物,属于真兽类(胎盘类及其祖先)的早期类型,同时发育有真兽类和后兽类(有袋类及其祖先)的混合特征。

  毕顺东介绍,虽然大众对远古兽类的第一印象可能是恐龙那样的庞然大物,不过混元兽其实很小,化石从头至尾全长26厘米,根据现有信息分析,其重量在34-44克间,和一只松鼠的体型差不多。

  “一亿多年前,有袋类和胎盘类形态都很小巧,大了生存不下去。”毕顺东解释,混元兽的生物习性与同时期胎盘类动物相似,具备攀爬能力,偶尔下地,大部分时间生活在树上,牙齿尖锐,但咬合撕扯能力较弱,食虫而生。

  据介绍,现生哺乳动物99%为有袋类和胎盘类,现代人即属胎盘类。它们从何起源、何时分异是哺乳动物进化研究中的关键性科学问题。此次研究发现,此前被归为后兽类的中国袋兽,与混元兽均为早期真兽类,并非有袋类祖先。

  “有袋类和胎盘类最大区别在于生殖方式。前者雌性腹部有育儿袋,幼体要在育儿袋内完成哺乳;胎盘类雌性具有胎盘,幼体通过胎盘吸收营养。”该研究通讯作者和第一作者毕顺东解释,但在化石中,类似育儿袋和胎盘这样的软组织难以保存,对其分辨只能从骨骼上进行。由于哺乳方式不同,这两类生物的牙齿发育出了不同特点,有袋类有四个臼齿,胎盘类只有三个臼齿。

  毕顺东介绍,此前没有CT扫描技术,无法清楚复原齿尖结构,加上中国袋兽的化石被压扁,牙齿形态特征没有充分暴露,前臼齿被判断为臼齿,从而被解读为有袋类。在新研究中,团队花一年时间构建了一个大型数据矩阵,确立了可靠的早期哺乳动物谱系树。系统分析结果显示,热河生物群4种哺乳动物都属真兽类,包括之前被归为后兽类的中国袋兽。

  这一结论表明,亚洲可能不是有袋类的起源中心。目前已知有袋类最早的化石记录为发现于北美的1.1亿年前的三角齿兽。

  据介绍,混元兽属名意为元气未分,混沌为一,元气之始也,指示生物拥有真兽类和后兽类混合特征的特别属性。种名周氏,以致谢周忠和博士开启和推动了热河生物群的深入研究。

  新京报:这次发现的混元兽化石有什么特别之处?

  毕顺东:非常完整,非常精美,太漂亮了。就是两块劈开的岩石,我们叫正模副模,基本上每块骨头特征都保存了。这个样本太完整了,早期胎盘类祖先(化石)很少,目前只发现了5块,混元兽是保存最完整的,毛发、软骨都清晰可见,现实中这些很难留存。

  另外,混元兽还首次保存了中生代哺乳动物完整的舌骨器。舌骨器悬挂在头骨与喉结之间,是哺乳动物重要的进食、咀嚼和发声器官。由于它们不与其他任何骨头形成关节,因此在化石中很难被保存,是哺乳动物骨骼中知之最少的骨头。人类舌骨由一个U形单块骨头构成,而混元兽舌骨由7块骨头组成,结构更精巧。

  新京报:研究过程中遇到了哪些困难?

  毕顺东:这要说到研究中的一点小波折了。开展学术研究的前提是有一个好的“科学问题”,它要是新的、有价值的、受众感兴趣的,没有这个点,就很难去写论文做研究。

  混元兽的化石的确非常精美,但一开始我们找不到科学点,它不是最早的胎盘类,也不是最早的有袋类,我们试图研究它的毛发和肋软骨,尝试了很多科学手段,但很遗憾,都找不到这么一个点。寻找的过程持续了两年,找不到但又不忍心放弃。

  新京报:中国袋兽成了突破口?

  毕顺东:是的,因为混元兽和中国袋兽真的非常像,但混元兽是胎盘类,而中国袋兽被称为有袋类的祖先,这就让我们非常好奇。后来我们把中国袋兽的模型拿来重新观察,发现之前对它的定位错了,对它的牙齿解释有问题,它和混元兽一样其实属于胎盘类。

  这就提出了一个很大的科学问题:如果有袋类的祖先不是中国袋兽,那么到底是哪个物种?有袋类如果没有起源于亚洲,它又是在哪个地方产生的呢?你知道哺乳动物绝大多数都是胎盘类和有袋类,人类就是胎盘类中的一种,哺乳动物从何起源、何时分异,这是进化研究中非常关键的问题。

  新京报:找到突破口后,接下来的研究是不是顺利了很多?

  毕顺东:光靠这点不够,还需要更多证据。之后我们用CT复原了混元兽的骨骼,还建立了大数据库,把其他50多个早期哺乳动物分类单元的信息都扫描整合在数据库里,整理出490个特征,这样就出现了一个清晰的生命之树,不同的动物各归其所,可以比对形态上的相似度,对它的进化位置进行一个大数据分析。

  可以理解为这是一个家族的家谱,从爷爷到大伯、叔叔,沿着一条线往下走,有这么一个时间逻辑。这个工作量很大,花了一年多时间。一开始我们说中国袋兽解释错了,合作方有所怀疑,但有了这个数据库之后,证据充分,我们的结论是成立的。

  新京报:混元兽还有没有其他可供研究的地方?

  毕顺东:接下来我们还会进行形态上的研究。之前说了,它保存了非常珍贵的毛发样本,我们想看看最早的胎盘类生物的毛发微细结构和现在的哺乳动物有什么区别。还有它首次保存了软骨结构,而且是黑色的,这又是为什么?将来会用到地球化学分析的手段,去探究这其中的真相。

  由于中国袋兽的位置被更正了,现在后兽类的祖先又空了出来,需要找其他类似的标本,看看有没有新的发现。

  新京报:这个过程有点像做侦探?要从化石中的一点点线索,挖掘出上亿年前的生命密码。

  毕顺东:是的,考古学家和侦探很像,而科研跟拼图很像。要不断去发现、比对,把一个大图景慢慢拼凑完整,每出现一个新问题都令人兴奋,当然找不到问题的时候是很苦闷的(笑)。

  新京报记者 戴轩

桂强

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