古老牙齒勾勒最早哺乳動(dòng)物 暗藏生活“故事”

活動(dòng)少、壽命長(zhǎng)。這就是哺乳動(dòng)物的祖先，可能跟人們想象的不一樣。

英國(guó)布里斯托爾大學(xué)和芬蘭赫爾辛基大學(xué)研究人員領(lǐng)銜的一項(xiàng)研究，對(duì)距今2億年的最早哺乳動(dòng)物牙齒進(jìn)行了開(kāi)拓性分析。結(jié)果顯示，它們與冷血的爬行動(dòng)物類似：活動(dòng)較少但壽命長(zhǎng)得多。

這是古生物學(xué)家第一次能夠直接研究早期哺乳動(dòng)物化石的生理機(jī)能，并顛覆了人們之前對(duì)自己最早祖先的認(rèn)識(shí)。10月12日，相關(guān)論文刊登于《自然—通訊》。

“我們有了一些非常驚人的發(fā)現(xiàn)。之前人們認(rèn)為哺乳動(dòng)物的關(guān)鍵特征，包括溫血習(xí)性，大約在同一時(shí)期進(jìn)化。”論文第一作者、布里斯托爾大學(xué)助理研究員Elis Newham告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“相比之下，我們的研究結(jié)果清楚地表明，盡管它們有更大的大腦和更高級(jí)的行為，但它們并沒(méi)有‘放縱生活’并英年早逝，而是生活節(jié)奏更慢、壽命更長(zhǎng)，類似于蜥蜴等小型爬行動(dòng)物。”

最早哺乳動(dòng)物

哺乳動(dòng)物的起源和輻射是生命歷史上的重要事件，化石顯示，哺乳動(dòng)物起源于2.2億年前，即三疊紀(jì)晚期。最早的哺乳動(dòng)物被廣泛認(rèn)為是廣義的食蟲(chóng)動(dòng)物，代表了哺乳動(dòng)物最初5000萬(wàn)年的進(jìn)化過(guò)程。

盡管人們?cè)诮馄蕦W(xué)、生態(tài)學(xué)和早期哺乳動(dòng)物進(jìn)化方面的知識(shí)有了相當(dāng)大的進(jìn)步，但對(duì)其生理學(xué)卻知之甚少。甚至，研究人員表示，關(guān)于哺乳動(dòng)物的起源時(shí)間和化石群的證據(jù)是矛盾的。

研究人員挑選了兩種最早的哺乳動(dòng)物——Morganucodon和Kuehneotherium。

這兩種動(dòng)物生活在大約2億年前的三疊紀(jì)晚期和侏羅紀(jì)早期，體形較小，通常被認(rèn)為是廣義的食蟲(chóng)動(dòng)物，也是地球上最早的哺乳動(dòng)物的代表。它們與早期恐龍一起生活在地球上，許多科學(xué)家認(rèn)為它們是溫血?jiǎng)游铩?/p>

多年來(lái)，布里斯托大學(xué)的Pamela Gill及同事一直在研究這些哺乳動(dòng)物化石。Gill提到，“早期哺乳動(dòng)物化石的保存度不佳，胃中沒(méi)有保存可供推斷的食物，所以我們只能利用最新技術(shù)從下頜和牙齒化石中搜尋證據(jù)。”

2014年，研究人員發(fā)現(xiàn)Morganucodon和Kuehneotherium的牙齒凹面和擦痕有很大不同。這表明兩者的食物也有差別——Morganucodoni喜歡硬而脆的食物，例如甲蟲(chóng)，而Kuehneotherium更喜歡偏軟的食物。研究人員在另一篇刊登于《自然》的論文中表示，這表明在那個(gè)時(shí)期，生態(tài)位劃分和飲食分化正在進(jìn)行中。

牙齒暗藏生活“故事”

Newham在南安普敦大學(xué)讀博士研究生期間就開(kāi)始研究這些牙齒。

Morganucodon和Kuehneotherium的牙齒化石只有針頭大小，Gill和Newham等人使用先進(jìn)的X射線技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了掃描。通過(guò)掃描牙骨質(zhì)化石，Gill希望保存的數(shù)據(jù)能夠足夠清晰，以確定這種哺乳動(dòng)物的壽命。牙骨質(zhì)是將牙根固定在牙槽骨內(nèi)，并在一生中持續(xù)生長(zhǎng)的物質(zhì)。

幸運(yùn)的是，牙齒為這些小型哺乳動(dòng)物的壽命和進(jìn)化提供了新的線索。

研究小組研究了它們牙槽內(nèi)的生長(zhǎng)輪，后者就像樹(shù)木年輪一樣每年沉積下來(lái)，以便計(jì)算出這些動(dòng)物的壽命。研究結(jié)果表明，它們的最長(zhǎng)壽命可達(dá)14年，這比與它們體形相當(dāng)?shù)挠忻蟠缋鲜蠛忘汓牐L(zhǎng)得多。老鼠和鼩鼱在野外只能存活1~2年。

而使用這些新成像技術(shù)的靈感來(lái)自于現(xiàn)實(shí)中的一顆牙齒。“我的一位同事，也是論文的合著者之一，拔掉了一顆牙齒，并告訴我想給它拍X光片，因?yàn)閄光片可以告訴有關(guān)你生活歷史的所有事情。這讓我想到是否可以做同樣的事情，以了解更多關(guān)于古代哺乳動(dòng)物的信息。”Gill告訴記者。

為了驗(yàn)證這一理論，一顆屬于Morganucodon的古老牙齒標(biāo)本被送到了赫爾辛基大學(xué)的Ian Corfe手中，他用高能同步加速器X射線對(duì)其進(jìn)行了掃描。“讓我們高興的是，雖然牙骨質(zhì)只有幾分之一毫米厚，但掃描得到的圖像是如此清晰，完全可以用來(lái)計(jì)算。”Corfe說(shuō)。

這標(biāo)志著這項(xiàng)為期6年的國(guó)際研究的開(kāi)始。

與想象不同

2億年前，這些小動(dòng)物或許不小心掉進(jìn)了巖洞里，在那里它們的骨骼，包括牙齒，變成化石。“多虧了這些保存完好的微小碎片，我們得以對(duì)一個(gè)物種的數(shù)百個(gè)個(gè)體進(jìn)行研究。”Corfe說(shuō)。

研究人員分別使用位于法國(guó)和瑞士的歐洲同步輻射裝置和瑞士光源，對(duì)英國(guó)倫敦自然歷史博物館和劍橋大學(xué)動(dòng)物博物館提供的約200個(gè)牙齒標(biāo)本進(jìn)行了掃描。

“光是掃描就花了一個(gè)多星期，我們24小時(shí)輪班來(lái)完成所有工作。這是一次難忘的經(jīng)歷，當(dāng)圖像開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)，我們知道自己得到了一些東西。”Newham說(shuō)。

研究人員用數(shù)字技術(shù)三維重建了牙根，結(jié)果顯示，Morganucodon可以活14年，而Kuehneotherium可以活9年。Newham說(shuō)：“它們的壽命比我們預(yù)期的同樣大小的小型哺乳動(dòng)物的1到3年要長(zhǎng)得多，這讓我很吃驚。”

除此之外，它們的骨骼、頭骨和牙齒都與哺乳動(dòng)物十分類似。例如，它們有專門的咀嚼牙齒、較大的大腦，可能還有毛發(fā)，但它們漫長(zhǎng)的壽命表明，其生活節(jié)奏更像爬行動(dòng)物，而不是哺乳動(dòng)物。

“有充分的證據(jù)表明，哺乳動(dòng)物的祖先從二疊紀(jì)晚期開(kāi)始變得越來(lái)越溫血，但是，即使是數(shù)千萬(wàn)年后，我們的祖先仍然更像現(xiàn)代爬行動(dòng)物而不是哺乳動(dòng)物。”Newham說(shuō)。

但研究人員認(rèn)為，盡管它們的生活節(jié)奏仍然像爬行動(dòng)物，但在這些早期哺乳動(dòng)物的骨組織中發(fā)現(xiàn)了證明它們具有持續(xù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)渡能力的證據(jù)。作為一種活組織，骨骼含有脂肪和血管。這些血管的直徑可以揭示動(dòng)物能利用的最大血流量，這對(duì)動(dòng)物的覓食和狩獵等活動(dòng)至關(guān)重要。

數(shù)據(jù)顯示，在Morganucodon的大腿骨中，血管的流速比同等大小的蜥蜴略高，但遠(yuǎn)低于現(xiàn)代哺乳動(dòng)物。這表明，這些早期哺乳動(dòng)物比小型爬行動(dòng)物活躍的時(shí)間更長(zhǎng)，但卻不能像現(xiàn)在的哺乳動(dòng)物那樣充滿活力地生活。(記者 唐鳳)