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日志

 
 

在中生代滑翔  

2006-12-18 18:40:00|  分类: 封面故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在中生代滑翔  
中国学者发现已知最早会飞哺乳动物化石

 
www.thebeijingnews.com · 2006-12-18 9:18:24 · 来源: 新京报 

1.25亿年前,地面上、海洋里,恐龙充当着动物世界的领袖,而天空中翼龙则分享着恐龙的霸主地位。这个时候,鸟类才刚展开翅膀,就在此时,一种柔弱的哺乳动物也开始尝试飞行的乐趣了。

12月14日《自然》杂志封面故事报道了一件奇特的哺乳动物化石,它是已知最早的会飞的哺乳动物,也是所有会飞的哺乳动物中惟一与恐龙同时代的。科学家将这一新物种命名为“远古翔兽”。

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张宗达绘制的另一张翔兽复原图

 

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飞鼠的体形、个头与翔兽非常接近,但它们之间并没有亲缘关系

 

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翔兽化石。图片的上部是颅骨和下颌,左侧是翔兽的右后肢,肾形阴影部分则是翼膜

 

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翔兽头骨复原图。它的牙齿已经有门齿、臼齿、犬齿的分别,臼齿上有三个笔架式的小尖。

辩证

它不是翼龙

众所周知,恐龙是中生代的“地球霸主”。进入新生代后,哺乳动物取代了恐龙的霸主地位。不过,哺乳动物进化史却要从2.2亿年前的三叠纪晚期开始算起,其进化史的2/3时间在中生代。哺乳动物的起源和早期演化一直都是古生物学界的研究热点。

今年年初,中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员汪筱林在对内蒙古宁城地区进行考察时,发现了一具中生代化石标本。根据标本显示的牙齿特征,汪筱林初步判断这是一头哺乳动物。可很快研究人员就发现,化石上有大面积的翼膜痕迹。一个新的想法动摇了汪筱林最初的判断:这或许是一头翼龙。

为了弄清这一化石的真相,研究人员从两个方面同时着手,一边比照着翼龙系统发育学方面的特征,一边比照着哺乳动物的牙齿特征。

标本显示这一动物的体侧长有较大面积的翼膜。不过它的牙齿齿列却按照“门齿—犬齿—前臼齿—臼齿”的顺序分列排布。按理说,一头恐龙嘴里不管长了多少颗牙齿,每颗牙齿的形状都是一样的,牙齿没有分工,因此不能咀嚼,古生物学家把这个称为“同型齿”。而哺乳动物则长着各有分工的“异型齿”。不过,翼膜可是翼龙的特征,宁城地区此前曾发现过翼龙化石,何况德国也曾出土过长“异型齿”的翼龙。

那么新化石究竟是翼龙还是哺乳动物呢?随着化石修复工作的深入,研究人员找到了最后的答案:从骨骼构造和软组织特征来看,这一标本动物并非翼龙,而属于哺乳类。

很显然,这是一种与翼龙完全不同的,长有翼膜的哺乳动物!“标本保存得较为完好,只是中间有一条裂缝。而且我们也给出了标本的X光片。”中科院古脊椎动物和古人类研究所研究员王元青表示,该物种的分类毫无问题。该研究所的孟津、胡耀明、李传夔、汪筱林和王元青等人组成的研究小组随后完成了该化石的相关研究工作。

习性

滑翔是为了逃生

新发现的物种被命名为“远古翔兽”。它体长12至14厘米,体重约70克,大小与小型飞鼠相当。翔兽的头后骨骼的结构显示,其适合于在树上生活,是一种树栖动物。它同时具有特化的牙齿结构和大小适中的翼膜。翼膜上覆有毛发,由四肢和尾巴支撑。王元青解释说,“翼膜,就是连接前肢和后肢之间的皮膜。翔兽的翼膜比较大,身体轻盈。有了这个皮膜,可以推测它具有一定滑翔的能力。”

科研人员根据翔兽下颌和前肢的长度比列,对照现代哺乳动物中一些可以滑翔的品种,比如飞鼠、鼯鼠和袋鼯,结果发现它们的比例较为接近。对个体大小差不多的动物来说,下颌和身体比值相差不大。这一比例显示,翔兽的体貌特征有利于其撑开皮膜,进行滑翔。王元青解释说,“如果撑不开,就不会产生如此大的浮力。这也是翔兽区别于三尖齿兽类的一个特征。”

根据翔兽的身体特征,研究人员判断它的生活习性与世界上现存的几种会以滑翔的方式飞行的哺乳动物比较接近。翔兽的个头比较小,其牙齿和四肢并不利于捕捉较大的猎物。再加上树栖的特征,它很可能并非食肉动物,最多也就是捕食昆虫而已———这一点与大多数中生代哺乳动物一样。翔兽很可能是昼伏夜出的,但它并不会像蝙蝠一样,一边飞行一边捕捉食物。

它的滑翔能力应该是用在逃生上的。为了躲避小型恐龙的袭击,它必须伶俐地从一棵树滑翔到另一棵树上。

就是这种“走为上计”的滑翔能力,让哺乳动物在1.25亿年前就尝试了飞行的滋味。在此之前,一块距今5100万年的蝙蝠化石为人类提供哺乳动物飞行历史的证明。现在,这一时间又被向前推进了7000万年。

来源

飞行能力各有出处

飞行可以分出滑翔、飞翔等不同类型,汪筱林指出在现生哺乳动物中,包括蝙蝠在内的很多种类都具有飞行能力。那么,这些哺乳动物与中生代翔兽之间是否有演化上的起承关系呢?

王元青指出如果从物种系统上来看,翔兽和存活至今的会飞的哺乳动物都属于哺乳动物,但“无论是会滑翔还是会飞翔,各类现生会飞哺乳动物的起源都不相同。这一点和鸟类不一样。”

鸟类的飞行是单一起源,而哺乳动物的飞行却是不同种类,分别起源的。比如现生啮齿类动物中,有两个科的动物具有滑翔能力:鼯鼠科和松鼠科。这两个科动物的滑翔能力是分别获得的。而在澳大利亚,有一种有袋类动物名叫袋鼯。这种动物也会滑翔。而最著名的飞行哺乳动物则是蝙蝠。所有这些能飞的哺乳动物,其飞行能力并没有必然联系,各物种之间也没有前后起承关系。

当然,作为目前已知最早会飞的哺乳动物,生活在中生代的翔兽和它们也没有任何关系。在王元青看来,这是物种根据所处环境,进行适应性演化的结果。他表示,目前研究人员看到的是已经具有滑翔能力的翔兽,但很难想象翔兽在此前或者此后的存在状态。

爬树是飞行的前提。在热河生物群中,科学家发现了一些树栖的早期哺乳动物,比如始祖兽。由于生存环境的推动,生物竞争的压力,1.2亿年前这里的某种树栖早期哺乳动物尝试着从一棵树跳到旁边的另一棵树上,这一种群慢慢习惯了在树枝间跳跃逃生的技巧,并且在身体边缘长出翼膜,帮助自己增加滑翔距离。这种能力也拓展了它寻找食物的空间。

不过,在与翼龙与鸟类共同竞争天空的激烈斗争中,翔兽这个滑翔能力并不强的物种还是败下阵来,消失在动物演化的长河中。

定位

哺乳动物的新分支

中生代哺乳动物数量少,迄今发现的化石更为有限。白垩纪早期时的哺乳动物主要有五种:三尖齿兽类(Triconodonts)、对齿兽类(Symmetrodonta)、多瘤齿兽类(Multituberculata)、后兽类和真兽类。这五大类哺乳动物在辽西早白垩纪地层中均有发现。

科研人员在进行了详细的形态特征比较后,竟意外地发现,翔兽不属于已知哺乳动物类群中的任何一个,而是另立门派,代表了一个不为人知的早期哺乳动物新分支。

牙齿暴露了早期哺乳动物的所有秘密。王元青表示,牙齿是目前科学界给中生代哺乳动物进行种群归类时依据的主要证据。翔兽的牙齿特征,与三尖齿兽类有些相似。三尖齿兽类的臼齿上有三个笔架式的小尖,前后排列,故叫做三尖齿兽类。辽宁西部发现的热河兽就属于三尖齿兽类。翔兽的齿尖也是前后排列的,但与三尖齿兽类相比,翔兽的牙齿数目较少,臼齿有3个,下臼齿有2个,而三尖齿兽类的臼齿,都在4个以上。翔兽臼齿的齿尖向后倾斜,也与三尖齿兽类不同。另外,科研人员还发现翔兽下颌骨的后部有一个叫做“角突”的结构,这个结构在三尖齿兽类中是没有的。“在详细的对比研究之后,我们认为翔兽代表了自己的一个大类,而到目前为止,这一类中只发现了翔兽这一种,”王元青解释。

同时,科研人员用了435个特征对58个不同分类单元的动物进行了系统发育分析,认为翔兽在中生代哺乳动物谱系图中,处于中间的位置。翔兽比中国尖齿兽、摩根兽、狸尾兽和蜀兽等原始哺乳动物更加进步,但与三尖齿兽类、真兽类和后兽类比起来,翔兽又要原始一些。王元青指出作出这一判断的依据是翔兽具有一些三尖齿兽类等进步哺乳动物的共有特征,比如下颌由单一骨块构成,蹠骨与趾骨之间有成对的籽骨,这些都是原始哺乳动物所没有的,也是翔兽区别于更原始哺乳动物的特征。不过更进步的哺乳动物的一些共有特征,又不被翔兽所具有,比如肱骨和尺骨之间的滑车关节,距骨和跟骨之间的叠覆以及较尖的载距突等。这些特征决定了翔兽又要比三尖齿兽类等进步哺乳动物原始。

■链接

中生代的哺乳动物

中生代的哺乳动物主要包括三尖齿兽类、对齿兽类、多瘤齿兽类、后兽类和真兽类五大类

在中生代滑翔 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》

在一具个体稍小的巨爬兽化石中部,研究人员发现了一具尚未被完全消化掉的鹦鹉嘴龙化石

中生代是恐龙的天下,但哺乳动物已有了多样化发展的态势。翔兽的发现进一步证明中生代哺乳动物在形态、分类和生活习性等方面的差异远超人们以往的认识。

近年来,在中国辽宁西部早白垩纪地层中发现了三尖齿兽类、对齿兽类、多瘤齿兽类、后兽类和真兽类等五大类哺乳动物的多具完整骨架,为研究哺乳动物早期演化与分异,它们的系统发育关系提供了可靠的化石证据。

一般来说,中生代哺乳动物个体都很小,如热河兽、始祖兽、中国袋兽等都只有几十克。

它们昼伏夜出,以昆虫为食,在恐龙的阴影下委曲求全。

但早期哺乳动物中也不乏大个子,三尖齿兽类的爬兽就是其中之一。最大的爬兽身长超过1米,体重达14公斤。研究人员通过分析化石发现,爬兽拥有粗壮尖利的门齿,犬齿和前臼齿,发达的颞肌和咬肌。这一切表明,它们是真正的肉食性动物。更令人惊讶的是,研究人员在一具个体稍小的巨爬兽化石的胃部竟然找到一具尚未被完全消化掉的鹦鹉嘴龙骨骼。这显示巨爬兽可能以猎杀恐龙为生。科研人员根据关节相连的肢骨推断,巨爬兽是将猎物撕成大块吞食的,并没有经过咀嚼。而且它的牙齿结构虽然已经分化,但还不明显,说明它并不具备咀嚼功能。

这表明,哺乳动物的咀嚼功能是在比爬兽更进步的哺乳动物中逐渐形成的。

中生代哺乳动物除了身体大小的差异外,在运动适应的方式上也有很大分异。

到了白垩纪中晚期,哺乳动物已经适应了许多不同的环境。其中,热河兽、张和兽、戈壁兽主要是地栖的,狸尾兽则能在水中活动。另外,在一些种群中的某些类属却也会表现出不同于该种群的运动适应方式。尽管过去在早白垩纪发现的真兽类化石表明,真兽类都是地面奔跑类型的动物,不过,后来的研究却发现分别属于真兽类(有胎盘类及其近裔)和后兽类(有袋类及其近裔)。已知最古老的始祖兽和中国袋兽都显示它们已经适应攀援的生活方式,它们可以在地面、树枝上或树丛里生活。这些发现表明,这一时期早期真兽类在行走、习性等方面有了很大的分异,从而能够占据不同的生态空间。“此次发现的翔兽,又让我们看到中生代哺乳动物也在朝天空发展,占据天空这一环境的趋势。”王元青解释。

在食性方面,哺乳动物也呈现出多元化发展趋势。

由于个体较小,中生代哺乳动物一般以食昆虫为主。不过,爬兽却是肉食性动物。哺乳动物食性的变化首先表现在牙齿形态的变化上。巨爬兽的门齿都大而尖锐,下颌骨和咬肌发达,便于捕获猎物。多瘤齿兽类则是中生代植食性哺乳动物的代表。多方面的分异确保了它们在同一个生态系统中能够占据不同的生态位。这也是哺乳动物逐渐快速发展,并取代爬行动物成为地球主宰的原因之一。

 

本专题感谢:王元青(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员)

汪筱林(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员)

 
 
 
专题采写/本报记者 李健亚

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