鳥類頭骨如何演化出可動性功能？中國科學(xué)家最新研究揭秘

距今1.2億年鳥類雅尾鹓鶵頭骨的三維復(fù)原。王敏 供圖

　　中新網(wǎng)北京12月7日電 (記者 孫自法)在現(xiàn)生脊椎動物中，鳥類和部分有鱗類的頭骨演化出特有的可動性功能，這是鳥類演化成為多樣性最豐富的陸生脊椎動物的關(guān)鍵因素之一。那么，鳥類頭骨是如何演化出可動性功能的呢?

　　中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)王敏、托馬斯、周忠和及合作者，最新通過對距今1.2億年的中生代反鳥類雅尾鹓鶵頭骨化石進行高精度三維掃描和復(fù)原，研究揭示出中生代鳥類頭骨保留了大量主龍類的原始特征，呈現(xiàn)出模塊化的演化。

　　這項早期鳥類頭骨演化研究的重要成果論文，近日在自然指數(shù)期刊《電子期刊-生命科學(xué)》(eLife)發(fā)表。

雅尾鹓鶵頭骨面部骨骼的三維形態(tài)。王敏 供圖

　　論文第一作者和通訊作者王敏研究員科普指出，頭骨的部分骨骼能夠發(fā)生相互獨立的運動，稱之為頭骨的可動性，其使得鳥嘴能夠取代“手”完成大量精細(xì)的動作。這一重要功能學(xué)特征主要依賴分布于吻部的屈撓帶和兩個骨骼通道得以實現(xiàn)：由方骨—方顴骨—顴骨—上頜形成的“側(cè)面通道”，和由方骨—翼骨—腭骨—犁骨在腭面構(gòu)成的“腭面通道”。

　　簡單說來，隨著方骨的前、后轉(zhuǎn)動，這兩個通道上的骨骼通過可動關(guān)節(jié)發(fā)生位移，就像傳送帶一樣完成嘴巴的張開和閉合。而在鳥類的祖先——非鳥類恐龍中，粗壯的頭骨因為缺失上述兩個通道的活動性，不具有可動性而顯得笨拙。不過，長期以來受化石保存和研究手段的限制，頭骨主要區(qū)域的形態(tài)功能，特別是上述通路在鳥類演化歷史中是如何變化的并不清楚。

　　王敏介紹說，中科院古脊椎所研究團隊利用高精度CT(計算機斷層掃描)對此前他們發(fā)現(xiàn)的中生代反鳥類雅尾鹓鶵的頭骨化石進行三維復(fù)原，重建了幾乎所有頭骨骨骼的立體形態(tài)，包括構(gòu)成頭骨可動性通道的骨骼。該研究結(jié)果顯示，鹓鶵保留了典型的主龍類雙顳弓的顳區(qū)結(jié)構(gòu)：三射型的眶后骨和顴骨、鱗骨分別相接，鱗骨又與方顴骨相接，從而形成了與眼眶完全分隔的上、下顳孔。這樣的顳區(qū)構(gòu)造限制了顴骨的前后移動，說明“側(cè)面通道”并未形成。

雅尾鹓鶵腭面骨骼形態(tài)和鳥類顎骨的形態(tài)演化。王敏 供圖

　　受保存原因等影響，中生代鳥類腭面骨骼形態(tài)的研究程度有可能最低。研究團隊此次復(fù)原了該區(qū)域的主要骨骼，顯示鹓鶵的翼骨和獸腳類恐龍相同，都具有寬大的方骨支，但缺失和方骨的可動關(guān)節(jié)，取而代之的是腭骨的方骨支與方骨的眼突形成嵌接式的關(guān)聯(lián)。而腭骨顯示出進步的特征，如缺失顴骨突，從而不再是獸腳類恐龍亦或始祖鳥那樣的四射型。

　　利用幾何形態(tài)測量的方法追溯腭骨在恐龍—鳥類演化過程中的形態(tài)變化，研究團隊認(rèn)為，顴骨突的缺失是鳥類腭骨形態(tài)“現(xiàn)代化”的第一步。鹓鶵的犁骨較為粗大而與恐龍相似，遠(yuǎn)不如現(xiàn)生多數(shù)鳥類那樣纖細(xì)。鹓鶵保留了寬大的外翼骨，與顴骨相接。前述腭面構(gòu)造與獸腳類恐龍相差無幾，說明腭面通道也未出現(xiàn)。

　　王敏稱，相較于顳區(qū)和腭區(qū)的構(gòu)造，鹓鶵的其他頭骨形態(tài)都呈現(xiàn)出典型的、進步的鳥類特征，說明頭骨不同部位的演化速度并非均一，顳區(qū)和腭區(qū)在演化上相對保守，這樣原始和進步的形態(tài)特征同時出現(xiàn)，就是典型的“鑲嵌演化”。如果再與鹓鶵已經(jīng)非常進步的頭后骨骼形態(tài)相比，這樣的差異就更為顯著。

恐龍，中生代和現(xiàn)代鳥類頭骨形態(tài)功能的比較。王敏 供圖

　　周忠和院士表示，以鹓鶵為代表的反鳥類是中生代鳥類演化最成功的一個類群，但它們保留了原始的非可動性頭骨，說明這一形態(tài)功能特征和多樣性演化之間的相互促進關(guān)系，在鳥類演化歷程上是發(fā)生在反鳥類從鳥類主干上分開之后。

　　反鳥類雖然具有全球性分布，但它們都在白堊紀(jì)末期的大滅絕事件中絕滅，而具有可動性頭骨的今鳥型類則存活下來，并在新生代快速演化并形成所有現(xiàn)代鳥類，這表明頭骨可動性增加了個體在面臨極端選擇壓力時的適應(yīng)性。(完)