关于早期四足动物如何学会在陆地上生活和饮食的新证据不断涌现

提克塔阿利克(Tiktaalik)的插图,它是最早过渡到陆地的古老物种之一。一项新的研究揭示了陆生的第一批动物如何进食的线索。

芝加哥大学的一项新研究发现,有鳍鳍鱼类提克塔利克玫瑰科(Tiktaalik roseae)在觅食时既能咬又能吸,类似于现代的鱼类,即“ gars”。

科学家们好奇地发现陆上的第一批动物是如何进化而来的,因为大多数饮水者都使用吸力来吸食,而这在陆地上是行不通的。发表在《美国国家科学院院刊》上的新结果提供了证据,证明基于咬的饲料最初是在水生物种中进化的,后来被改编为在陆地上使用。

高级作者罗伯特·R·本斯利杰出人物尼尔·舒宾说:“玫瑰花扁线虫(T. roseae)是一种扁平的头骨,让人联想到短吻鳄,它生活在“从水上生命过渡到陆地上生命的风口浪尖上”。芝加哥大学生物生物学与解剖学服务教授,研究其化石遗迹可以提供新的见解,以了解陆地上生命的关键特征最初是如何演变的。

芝加哥大学的博士后研究员,该研究的第一作者贾斯汀·伦伯格(Justin Lemberg)说:“水不同于空气,它的密度更大,粘度更高。”“这将给首次移出水面并移入陆地的动物造成独特的问题,包括运动,繁殖,维持体内稳态和感官加工,当然还有喂养方面的挑战。如果您不能在土地上养活自己,如何殖民它?”

使用颅部运动,吸力和咬咬来捕获猎物的婴儿短吻鳄的高速视频(类似于为提克塔利克玫瑰科提出的喂养策略)。

大多数水生脊椎动物使用吸食来帮助将猎物拉入它们的嘴中。为了产生吸力,许多种类的鱼可以横向扩展其头骨,以张开嘴巴并产生负压。颅骨相互之间的这种运动称为颅运动。

伦贝格说:“吸料在陆地上是无效的,因为它不再能远距离工作,而且很难建立吸取东西所需的压力密封。”因此,陆生脊椎动物不得不转向其他方法来捕获猎物。但是化石证据表明这是如何发生的,远不止是从鳍到肢体的过渡。我们想专门研究玫瑰三叶草头骨中缝合在一起的缝合线,看看骨头是否可以告诉我们头骨的使用方式。

该研究小组使用了先进的新型计算机断层扫描(CT)分析来对玫瑰蔷薇颅骨的形态进行详细检查。这使他们能够确定其他技术未曾发现的关键新特征,包括滑动关节,该滑动关节将为动物横向扩展其头骨以产生吸力提供必要的颅运动。

舒宾说:“我们于2004年发现了提克塔阿利克(Tiktaalik),当时,它是用经典方法制备的,用谷物从化石中去除岩石。”“在贾斯汀加入该项目时,我们已经获得了这项CT扫描技术,该技术使我们能够以3D方式看到头骨,而无需费力地将每个零件取出来查看其形状和运动。使用CT分析改变了我们思考头骨的方式。”

Tiktaalik(上图)和扬子鳄(下图)的并排比较显示出类似形状的口鼻,可能暗示了进食策略的趋同。

研究人员指出,玫瑰木和早期分析短吻鳄头骨的工作之间有着明显的相似性,而短吻鳄是以前被认为仅使用侧向捕捉动作捕获猎物的“活化石”物种。在2019年的一项研究中,伦伯格(Lemberg)等人。 al。发现鱼在进食时可协同使用侧向咬合和吸力,这要归功于其头骨中独特的滑动关节,有助于在咬人时产生吸力。

这些相似之处使研究人员相信,玫瑰蔷薇科也可能以同样的方式觅食,这表明这种适应性可能很早就在动物定居之前就进化了。

鳄鱼骨颅骨的基于CT的脱节模型,显示了颅脑运动的颅骨功能区域之间的关节。

舒宾说:“真正令我惊讶的是,四足动物在陆地上使用的每一项创新,每一项发明,最初都以某种形式出现在鱼类中,包括肺,附肢,以及现在的喂养方式。”

除了向我们介绍远方的鱼类祖先的进化之外,更好地了解玫瑰茄等生物的生物学和行为,还可以为我们的解剖结构和发育提供新的见解。

伦贝格说:“水陆过渡的整洁之处在于,它对我们来说是深具个性的。”“我们如何到达现在的位置,我们适应了哪些进化怪癖?”

Tiktaalik roseae颅骨的基于CT的脱节模型,显示了颅脑运动的颅骨功能区域之间的关节。

例子:莱姆伯格指出,在分析玫瑰三角锥颅骨的运动范围时,似乎移动最多的三根骨头是最终整合到哺乳动物中耳中的骨头。

伦贝格说:“提克塔利克的那三根骨头是我们用来听声音的东西。”“现代哺乳动物保持着一点点颅骨运动!”

另一位作者是德雷克塞尔大学的爱德华·戴斯勒(Edward B. Daeschler)。

参考:Justin B. Lemberg,Edward B. Daeschler和Neil H. Shubin在2021年2月1日于美国国家科学院院刊上发表的论文“提克塔利克玫瑰科植物的进食系统:吸食与咬食之间的中介”。
10.1073 / pnas.2016421118

资金:两位匿名捐助者;费城自然科学研究院;布林森基金会;普特南远征基金(哈佛大学);芝加哥大学;国家地理学会研究与探索委员会;国家科学基金会。

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