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標題: 中國發現最早的樹棲和地穴哺乳動物化石距今1.6億年以前  
 
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中國發現最早的樹棲和地穴哺乳動物化石距今1.6億年以前

  北京自然博物館、中國地質科學院地質研究所和美國芝加哥大學的研究人員在最新一期國際著名期刊《科學》雜誌上以兩篇連載發表了“侏羅紀樹棲柱齒獸及哺乳型動物生態多樣性”和“柱齒獸類揭示哺乳動物原始類群的演化發育過程”研究論文,同時宣佈了兩項對早期哺乳動物演化有重大意義的侏羅紀哺乳動物化石研究的重要發現。

  這兩件具有重大科學意義的化石,分別於2011年發現于內蒙古寧城的中侏羅系道虎溝化石產地和2012年發現於河北省青龍縣的晚侏羅系幹溝化石產地,現藏于北京自然博物館。這兩件化石分別命名為攀援靈巧柱齒獸(Agilodocodon scansorius)和短指挖掘柱齒獸(Docofossor brachydactylus)。這兩項新發現為早期哺乳動物總體上的分異演化和廣泛的演化適應提供了新的化石證據。

  哺乳動物有超過5400種現生物種,是當今世界上最重要也是相當繁榮多樣的動物類群之一。哺乳動物漫長的演化歷史可以一直追溯到晚三疊紀和侏羅紀。哺乳動物的整個歷史有2/3是在中生代恐龍生活的地質年代。儘管近年來已經有許多重要的中生代化石被發現,但哺乳動物的早期演化歷史,尤其是侏羅紀哺乳動物歷史,仍然有許多空白。所以古生物學者付出很大的努力尋找更多的新化石,去瞭解哺乳動物的早期演化歷史,尤其是早期哺乳動物的生態分異和發育機制的演化過程。

  新發現的這兩件哺乳動物化石屬於柱齒獸類(Docodonts),它是哺乳動物的原始支系之一。柱齒獸類的牙齒和牙床化石在晚中生代的北方古大陸有廣泛的分佈,但其骨骼化石並不多見。新發現的攀援靈巧柱齒獸和短指挖掘柱齒獸的化石保存很好,各自有其特化的牙齒骨骼特徵。 這些新的特化的形態特點,擴展了已知的柱齒獸類的生態多樣性和演化適應範圍。

  攀援靈巧柱齒獸是哺乳動物原始支系中,已知最早的也是最原始的攀援樹棲型哺乳動物。早期哺乳動物體型小。體型小的哺乳動物即使生活在地面,也要有一定的攀爬功能,以克服地面的崎嶇不平。因此, 小的哺乳動物一般會有某些攀爬的能力。但是, 雖然早期哺乳動物有某些攀爬的行為特徵,迄今為止,哺乳動物原始類群尚無攀援和樹棲型的動物。

  首次發現的攀援靈巧柱齒獸的攀援型功能特點在於:1)手腳都有弧形側扁的角質爪和爪骨節;2)手腳都有伸長近指骨節和中指骨節; 3)踝關節(腳後跟)有便於較大轉動的功能特徵; 4)前肢的肘關節有便於攀援功能的特徵;5)腰椎、尾椎骨也有便於攀援功能的特徵。

  攀援靈巧柱齒獸有特化的植食型的門齒特徵。攀援靈巧柱齒獸的鏟形門齒與專食樹皮汁液的現代小型靈長動物(南美洲的闊鼻猴類)的鏟形門齒相同。這是哺乳動物演化歷史最早出現的植物汁液的食性特化的形態。大多數哺乳動物原始支系類群的食性是食蟲性(insectivorous)或雜食性(omnivorous)(賊獸類例外),特化食用樹汁樹液的植食型的動物尚無先例。攀援靈巧柱齒獸的門齒形態是吸食植物汁液的專有特徵。這在哺乳動物原始支系類群十分特別,這也是最早已知適應食用植物汁液的哺乳動物 。攀援靈巧柱齒獸的植食性擴展了哺乳原始類群的食性生態多樣性的範圍。

  短指挖掘柱齒獸的牙齒和下頜形態的特徵與北美洲和歐洲晚侏羅紀同期的柱齒獸(Docodon和Haldanodon)很相似,是食蟲性的哺乳動物。短指挖掘柱齒獸的比較形態和演化生物學的形態特徵表現在它的脊椎柱,肢骨,手腳掌指骨,和遠端指節(爪骨)。

  短指挖掘柱齒獸的前肢骨骼強壯,其手爪骨呈鏟形,膨大,扁平,橫寬,伸長。它的所有的前肢骨、手掌指骨和遠端指節的特點都有很好的挖掘功能特徵,其頭骨的結構和肢骨的長短比例具有典型的地穴生活動物的形態。柱齒獸類群的屬種中,以前已有前肢有挖掘功能的種類(Haldanodon)。但在哺乳動物最早期的原始支系類群中,短指挖掘柱齒獸是第一例可以證實的具有地穴型特化生活方式的原始哺乳動物。

  短指挖掘柱齒獸最特出的新特徵是它的手和腳的第二至第五指骨節都比其它的大多數的哺乳動物短少一個指節。短指挖掘柱齒獸第二至第五指都只有兩節骨節。其它多數哺乳動物(也是哺乳動物祖先原始的特點)一般是第二至第五指有三節指節。 短少的指節, 粗壯的指骨,加上橫寬伸長的遠端爪骨,也都是挖掘功能的演化適應。

  在現代哺乳動物中,也有幾種少見的哺乳動物,比如,非洲金鼴鼠(African Golden Moles)會有指骨的變異和短少的例子。非洲金鼴鼠的第二至第五指頭比其它哺乳動物的指節短少一節 。現代哺乳動物的指節縮短數目減少,是由發育過程變異引起的。 在現代哺乳動物的指節骨骼的發育過程中,指節節數的短少的變異可有幾種過程。其中之一是在早期發育過程已初步分異的指節,在進一步發育過程中又彼此癒合而形成的。短指挖掘柱齒獸的短少的指節與現代非洲金鼴鼠的指節骨骼的形態相同,其短少的指節也應是相似的指節發育過程中相癒合而產生的。以此研究推論, 現代哺乳動物指骨節發育的基因機制,在最早的原始哺乳動物的演化歷程中,就已經成為哺乳動物指骨節演化的基本機制之一。哺乳動物原始支系的骨骼結構的演變,其發育演變機理是與現代哺乳動物相同而貫通的。

  早在2006年發現的半水生游泳的狸尾獸(Castorocauda)也是一種柱齒獸(Ji et al.,2006)。這次新發現的樹棲型的攀援靈巧柱齒獸和挖掘地穴型的短指挖掘柱齒獸,為柱齒獸的演化支系新增添了的不同的生態類型。在中國遼寧,內蒙古和河北侏羅系地層的早期哺乳動物化石的新發現,證實了哺乳動物早期歷史中的生態適應的新類型,表明最早哺乳動物的功能多樣和演化分異已遠遠超出以前的預料。短指挖掘柱齒獸的手腳指節的變化,為用現代哺乳動物的發育機制去解釋遠古化石哺乳動物的形態演化,提供了演化機制方面的具體的新的化石證據。

  該研究由北京自然博物館孟慶金博士、中國地質科學院地質研究所季強博士和美國芝加哥大學羅哲西博士等組成的研究團隊共同合作完成,正型標本均收藏于北京自然博物館,研究得到了北京市科學技術研究院、科技部(973)、國土資源部、中國地質調查局、美國芝加哥大學等的資助。



圖片附件: Agilodocodon scansorius_Docofossor brachydactylus.jpg (2015-3-13 08:05 AM, 225.55 K)


攀援靈巧柱齒獸Agilodocodon scansorius(左)及短指挖掘柱齒獸Docofossor brachydactylus(右)骨骼復原和生活方式重建



圖片附件: Agilodocodon scansorius_Docofossor brachydactylus2.jpg (2015-3-13 08:05 AM, 109.03 K)


短指挖掘柱齒獸Docofossor brachydactylus(左)及攀援靈巧柱齒獸Agilodocodon scansorius(右)化石




2015-3-13 08:05 AM#1
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