一方面,在向鸟类的演化过程中,它们的两个外侧两指(无名指和小拇指)首先退化并消失,最终形成鸟类的具有3个手指的手部;另一方面,现代发育生物学研究却表明鸟类保留了中间三指。

这一冲突也成为了少数学者反对鸟类假说最有力的证据。

研究员徐星领导的研究小组根据最新发现,提出了解决这一问题的新假说。

鸟类手指同源问题是鸟类研究方向一直困扰着古生物学家们的一个问题,也是进化生物学研究领域长期以来最具争议性的问题之一。由国家杰出青年基金获得者,科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员领导的一个国际研究小组在6月18日出版的英国《自然》杂志上提出了解决这一问题的新假说。同时,美国国家基金会网站新闻头条介绍了该研究成果,并接受记者采访。这一研究将有望消除古生物学资料和现代发育学资料有关鸟类手指同源问题产生的矛盾。

化石材料显示,鸟类的恐龙祖先具有5个手指。在向鸟类的演化过程中,它们的两个外侧两指(相当于人类的无名指和小拇指)首先退化并消失,最终形成鸟类的具有3个手指的手部。但是,现代发育生物学研究却表明鸟类保留了中间三指,也就是说在鸟类演化过程中,最外侧和最内侧的两个手指(相当于人类的大拇指和小拇指)退化消失了。这样,古生物学资料和现代发育学资料在鸟类手指同源问题上产生了冲突,这一冲突也成为了少数学者反对鸟类恐龙起源假说最有力的证据。古生物学家和发育生物学家提出了各种假说,试图消除这一矛盾,但这些假说都存在着明显的缺陷。

徐星研究员领导的一个国际研究小组最近在我国新疆准噶尔盆地的侏罗纪地层中发现了一种奇特的恐龙。这种被徐星等人命名为泥潭龙的小型恐龙属于兽脚类恐龙的一个分支:角鼻龙类。泥潭龙是角鼻龙类这类分异度很高的恐龙类群中最古老、最原始的成员之一,它没有其他角鼻龙类恐龙头部通常具有脊或者角。非常奇特的是,泥潭龙没有牙齿,但却有一个像鸟类一样的用来切割植物的喙,它还具有常见于植食性恐龙当中的胃石。这表明,泥潭龙代表多数成员为肉食性动物的兽脚类大家族当中的一个植食性成员,就像今天的大熊猫。这一发现显示兽脚类恐龙早在距今大约1.6亿年前就有了明显的生态分异。

鸟类起源的重大进展——鸟类手指同源新假说

泥潭龙复原图

最令研究者感到兴奋的是泥潭龙不同寻常的手部结构。像很多其他早期兽脚类恐龙一样,泥潭龙保存了四个手指,但是其第一指却严重退化了,第二指非常发育。这显示了一种与其它早期兽脚类恐龙完全不同的手指退化模式。徐星和他的合作者认为这表明兽脚类的手指退化模式要远比过去认为的复杂。他们重新观察和分析了兽脚类恐龙的手部结构,令他们感到惊讶的是,许多兽脚类恐龙的手部特征其实也暗示着一种复杂的退化模式。综合新的古生物学资料和现代发育学资料,徐星和他的合作者提出了一种外侧转移假说来解释恐龙手指的演化。他们认为最早期兽脚类恐龙退化了最外侧的手指(第五指),但随后伴随着恐龙猎食行为的变化,第一指(最内侧的手指)也退化消失了,这样具有三个手指的僵尾龙类(包括著名的跃龙以及伶盗龙)实际上保留了中间的三个手指,但由于发育机制的变化,同源异型转化造成了中间三个手指发育了内侧三个手指(也就是第一指至第三指)的形态。也就是说,包括鸟类在内的具有三个手指的僵尾龙类所保存的三个手指头其实是第二、三、四指,改变了关于僵尾龙类保存了第一、二、三指的传统观念,这样,存在于古生物学和发育学资料之间的矛盾就消除了。

徐星和他的合作者进一步分析了现代发育学资料,认为外侧转移假说能够用现代发育学机制进行解释。徐星和他的合作者还首次在古生物研究中采用了动态同源检测的方法。动态同源检测是一种用于基于分子生物学资料进行系统发育分析的方法,通过这一方法,他们为外侧转移假说提供了更多的支持。

有关鸟类起源的研究需要包括古生物学、现代发育生物学等多学科的整合研究,这样,我们才能有望全面地了解这一重要的演化事件。近年来,徐星的研究小组在羽毛和翅膀等重要结构的演化研究方向多次尝试结合古生物学和现代发育生物学资料,取得了一批重要成果。

此项研究得到了包括中国国家自然科学基金委、美国国家地理协会、美国国家科学基金会和中国科学院等多方面的支持。参与这项研究的研究人员来自中国、美国、加拿大、英国和墨西哥等多个国家。

【来源】国家自然科学基金委员会 地球科学部 2009-06