原始哺乳动物化石的高科技分析阐明了哺乳动物的家谱

2020-07-15 169哺乳类

原始哺乳动物化石的高科技分析阐明了哺乳动物的家谱。对Haramiyavia clemmenseni(最早的已知原始哺乳动物之一)的颌骨进行了新的分析,阐明了早期哺乳动物进化的时间表。芝加哥大学、哈佛大学和布朗大学的科学家们通过高分辨率的计算机断层扫描,能够对Haramiyavia型标本进行前所未有的详细检查。

原始哺乳动物化石的高科技分析阐明了哺乳动物的家谱

分析显示,牙齿和咀嚼动作复杂,适合草食饮食-表明在原始哺乳动物谱系中较早出现了多种喂养适应。但是,其下颚的原始结构与原始中耳有关,这表明Haramiyavia及其亲属不是哺乳动物,而是在哺乳动物进化树上占据了更为祖先的位置。

这项发现发表在2015年11月16日的《美国国家科学院院刊》上,阐明了为准确确定主要哺乳动物群体首次进化时期的努力。这项研究证实了先前的建议,即侏罗纪大约在1.75亿年前发生了哺乳动物的多样化,这是在Haramiyavia和其他三叠纪哺乳动物先驱的先驱之后的3000万年。

芝加哥大学组织生物学和解剖学杰出服务教授、博士尼尔·舒宾(Neil Shubin)说:“化石是哺乳动物进化中一个极为重要的时代的独特代表;随着三叠纪过渡到侏罗纪,整个世界的生态系统发生了变化。”芝加哥大学生物生物学与解剖学系。 “当您观察整个Haramiyavia颌骨及其原始特征时,很明显,这一群人坐在哺乳动物家谱的最底部,就像Tiktaalik rosea坐在四足动物树的底部一样。”

Haramiyids是最早的原始哺乳动物谱系之一,起源于大约2.1亿年前的三叠纪。仅通过孤立的牙齿就知道,在1995年由舒宾,史蒂芬·盖瑟西等人组成的小组在格陵兰岛发现了Haramiyavia的颚骨完好保存,具有完整的臼齿,几乎完整的下颌骨和颅骨后骨骼之后,它们在很大程度上一直是神秘的。布朗大学生物学教授,以及已故哈佛大学前动物学教授Farish Jenkins。

研究合著者,芝加哥大学有机生物学和解剖学教授罗哲熙博士说:“作为最早的Haramiyid,Haramiyavia是推断早期哺乳动物进化时间表的关键证据。”

一个三千万年的问题

对Haramiyavia的最初分析依赖于哈佛大学前化石制备者已故威廉·阿玛拉尔(William Amaral)的艰苦手工制备,而化石的重要部分并未得到充分描述。

知识上的鸿沟引发了关于哺乳动物进化树形状的辩论:haramiyids是否属于皇冠哺乳动物的分支,所有现代哺乳动物都从该分支分支降临,这表明哺乳动物在三叠纪超过2.1亿年前就开始多样化了吗?还是Haramiyids在家族树的根部占据了一个单独的,更祖先的分支,这表明哺乳动物的多样化发生的时间要晚得多?

研究内容

为了解决这个问题,Shubin,Gatesy和Luo使用了一套现代技术工具,包括高分辨率计算机断层扫描(CT)扫描和3D重建,重新检查了整个Haramiyavia标本。再加上最初化石准备工作的详尽记录,该团队得以前所未有地详细描述Haramiyavia。原始哺乳动物化石的高科技分析阐明了哺乳动物的家谱。

研究小组在颌骨中发现了许多原始结构,包括连接到原始中耳的齿后槽。这有力的证据表明,Haramiyavia与其他冠类哺乳动物无关,特别是多结节,这是一组早期哺乳动物,以前被认为与该类动物密切相关。

这一发现将Haramiyavia和haramiyid谱系的所有其他成员置于哺乳动物进化树中较祖先的位置,与哺乳动物分开。这重申了先前的论点,即现代哺乳动物多样化的爆发并不是在三叠纪时期发生的,而是数百万年以后在侏罗纪发生的。

罗说:“借助CT和其他新技术,我们可以提取过去无法获得的解剖学见解,从而使我们能够更准确地解释哺乳动物的进化。” “ Haramiyavia为haramiyid组建立了祖先形态,现在可以清楚地将其放置在哺乳动物家谱的基础上。”

该团队还创建了虚拟动画,展示了2.1亿年前Haramiyavia牙齿的实际功能。扫描电子显微镜分析表明,Haramiyavia拥有复杂的牙齿,这表明其食草性饮食,包括切牙的门牙和碾磨植物食物的复杂的complex牙。后来的食草哺乳动物进化出相似的复杂牙齿,尽管它们并非直接来自杂种动物-这是融合进化的一个突出例子。

研究意义

喂养习惯使Haramiyavia成为哺乳动物祖先中已知最早的草食动物,并将其与其他早期的原哺乳动物群体分开,后者的牙齿适合昆虫或蠕虫饮食。这表明在三叠纪,哺乳动物的早期先驱者多样化,并扩展为可能影响后来的哺乳动物进化的多个生态位。

舒宾说:“当我们在90年代研究Haramiyavia化石时,我们不得不在显微镜下用针将其从字面上刮擦。花了数月至数年的时间才得出草图和黏土模型。” “看到它当时的工作方式对我来说真的很有趣,今天,我通过计算机重建和3D打印模型来研究化石。这是新技术如何改变旧发现的惊人展示。”

引用

University of Chicago Medical Center. "High-tech analysis of proto-mammal fossil clarifies the mammalian family tree: CT analysis of 210 million-year-old fossil suggests mammalian ancestors diversified in the Triassic, millions of years before crown mammals evolved in the Jurassic." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 November 2015. www.sciencedaily.com/releases/2015/11/151116181013.htm.

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