是什么使哺乳动物成为哺乳动物? 我们的脊椎

2020-07-13 152哺乳类

哺乳动物在许多方面都是独一无二的。与我们的爬行动物亲戚相比,我们是温血的,而且敏捷。

是什么使哺乳动物成为哺乳动物? 我们的脊椎

但一项由美国国家科学基金会(NSF)资助、哈佛大学研究人员斯蒂芬妮·皮尔斯(Stephanie Pierce)和卡特里娜·琼斯(Katrina Jones)领导的一项新研究表明,是什么使哺乳动物成为哺乳动物? 我们的脊椎,我们在另一个方面是独特的——我们的脊椎的构成。研究人员在本周发表在《科学》杂志上的一篇论文中描述了他们的发现。

哺乳动物的脊骨是不同的

哈佛大学古脊椎动物学馆长皮尔斯说:“脊椎基本上就像一根绳子上的一系列珠子,每个珠子代表一根骨头——一根椎骨。”在大多数四足动物中,比如蜥蜴,脊椎骨的外观和功能都是一样的。

但是哺乳动物的脊骨是不同的。脊柱的不同部分或区域——如颈部、胸部和下背部——呈现出截然不同的形状。它们各自独立工作,因此可以适应不同的生活方式,如跑步、飞行、挖掘和攀爬。”

虽然哺乳动物的脊骨是专门的,但它们下面的区域被认为是古老的,可以追溯到最早的陆地动物。

哺乳动物充分利用了现有的解剖学蓝图,或者说是科学家们相信的。然而,这项新的研究通过调查化石记录来挑战这一想法。

研究报告的主要作者琼斯说:“现在还没有活的动物能记录下从‘蜥蜴状’祖先向哺乳动物的转变。”要做到这一点,我们必须深入到化石记录中,看看已经灭绝的哺乳动物祖先,即非哺乳动物突触动物。”

这些远古祖先掌握着了解哺乳动物特有特征(包括脊椎)起源的关键。

但是研究化石并不容易。”化石非常稀少,发现有25个以上椎骨的灭绝动物非常罕见,”琼斯说。

研究内容

为了解决这个问题,研究人员对世界各地的博物馆藏品进行了梳理,以研究生活在大约3.2亿年前的动物化石。

“回顾古代,哺乳动物脊柱的早期变化是它们进化的重要的第一步,”资助这项研究的国家科学基金会地球科学部的项目主管德纳·史密斯说随着时间的推移,脊椎的变化使哺乳动物发展成为我们今天所知道的无数物种。”

皮尔斯和琼斯与合著者、芝加哥田野博物馆的肯·安吉尔茨克(Ken Angelczyk)一起,检查了数十块脊椎化石,以及1000多块活动物的脊椎骨,包括老鼠、短吻鳄、蜥蜴和两栖动物。

他们想弄清楚哺乳动物的脊椎区域是否像以前想象的那样古老,或者哺乳动物是否在做一些独特的事情。

皮尔斯说:“如果脊椎区域在进化过程中保持不变,就像我们假设的那样,我们将有望在非哺乳动物突触中看到我们今天在哺乳动物身上看到的相同区域。”

在哺乳动物进化过程中,脊柱获得了新的区域

但事实似乎并非如此。当研究人员比较椎骨的位置和形状时,他们发现了一些令人惊讶的东西。在哺乳动物进化过程中,脊柱获得了新的区域。是什么使哺乳动物成为哺乳动物? 我们的脊椎。

琼斯说:“最早的非哺乳动物突触的区域比现存的哺乳动物少。

大约2.5亿年前,在肩部和前腿附近形成了一个新的区域。非哺乳类动物的前肢也开始出现戏剧性的变化。

科学家们认为,这些同时发生的发展很可能与生物行走和奔跑方式的变化有关。

皮尔斯说:“在形成椎骨和肩胛骨的组织发育过程中,似乎存在某种串扰。”我们认为这种相互作用导致在我们祖先的前肢进化成新的形状和功能时,肩部附近增加了一个区域。”

后来,骨盆附近出现了一个区域。”皮尔斯说:“这最后一个区域,即无肋骨的腰椎区域,似乎最能适应不同的环境。

构建哺乳动物骨架的最后一步可能与Hox基因的变化有关,Hox基因在脊柱发育早期很重要。

“我们已经能够将灭绝动物骨骼的变化与现代发育生物学和遗传学的思想联系起来,”琼斯说这种综合方法有助于我们了解哺乳动物是什么造就的。”

引用

National Science Foundation. "What makes a mammal a mammal? Our spine, say scientists: Study of fossil bones leads to new conclusions about spine's importance." ScienceDaily. ScienceDaily, 20 September 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180920160949.htm.

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