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漫長歲月,鳥類怎么弄丟了牙?

來源:查字典網    發表時間:2019-03-01

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眾所周知,所有現生的鳥類都沒有牙齒,它們各自進化出不同形狀的喙,以適應不同的取食需求。不過,化石記錄表明,早期鳥類和它們的祖先獸腳類恐龍一樣嘴里都是長滿牙齒的。以往科學界對現生鳥類喙的發育過程有比較深入的研究,但是對鳥類牙齒丟失的原因卻一直眾說紛紜。

那么,鳥類到底是如何在漫漫歷史長河中把牙給弄丟了呢?

9月26日,發表在《美國科學院學報》上的一項最新成果稱,在竊蛋龍類和基干鳥類中發現了牙齒在個體發育過程中逐漸丟失的現象,并指出牙齒的異時發育退化才是導致鳥類牙齒丟失的直接原因。

鳥類沒牙齒,是為了減重還是基因突變

首都師范大學生命科學學院王爍博士9月26日接受科技日報記者采訪時表示,人類對鳥喙形態的研究歷史可以追溯到19世紀中葉。當時,達爾文在隨“貝格爾號”進行環球航行時,注意到了生活在加拉帕戈斯群島不同島嶼上的地雀具有不同的形態的喙,可以幫助它們適應不同的食性并占據不同的生態位。雖然達爾文將這一發現作為支持物種進化的有力證據寫入了《物種起源》,但他并沒有回答鳥類牙齒如何丟失的問題。

“為了獲得一個功能而失去或得到一個器官,在演化上是很難實現的,這好比人類想飛上天,但從來不會長出翅膀。”王爍說,不過,當時并沒有人對此提出質疑。“因為不論是支持還是反對都需要證據,彼時全世界發現的早期鳥類化石都非常稀少,由于標本有限而且相當破碎,人們根本無法系統推測早期鳥類到底長什么樣兒,也不清楚長牙的早期鳥類究竟只有始祖鳥還是所有的早期鳥類都長牙。”

在隨后的很長一段時間里,科學界對此并無更多探討。直到2014年底,有學者在分析了數百種沒有牙齒的現生脊椎動物基因序列的基礎上提出:鳥類沒有牙齒是因為它們與牙齒發育相關的基因發生了突變。

“實際上,大多數早期鳥類都是長牙的,只不過長得不是很整齊,有些丟失前面的幾顆牙,有些丟失后面的幾顆牙。牙齒只要能生長就說明早期鳥類與牙齒發育相關的基因并沒有發生突變,而是某些其他的原因導致鳥類牙齒的丟失。因此從那時候起,我就懷疑這些學者的觀點可能是站不住腳的。”王爍說。

牙齒長丟了,是否緣于異時發育退化

在本次研究中,研究小組發現牙齒在個體發育過程中逐漸丟失的現象在竊蛋龍類和基干鳥類中同樣存在,并且在恐龍向鳥類演化的過程中牙齒異時發育丟失的時間不斷提前。研究小組稱,這說明牙齒的異時發育退化才是導致鳥類牙齒丟失的直接原因。

所謂異時發育,就是發育的時間和速率發生的改變。我們看到的動植物的很多特征都是異時發育的結果。王爍舉個了通俗的例子,比如雄獅長有鬃毛,雌獅則沒有。這是因為在這個特征上雄獅比雌獅多走了“一步”。在王爍看來,對于鳥類的牙齒丟失而言,相對其祖先獸腳類恐龍不是多走了一步而是少走了一步。

鳥類的祖先恐龍是有牙齒的,但是有那么幾種恐龍,第一代牙齒還出現,隨后的幾代牙齒慢慢就不長了,取而代之的是角質喙慢慢長出來了。最初長牙的基因沒有突變丟失,而是慢慢關閉了。作為一個新出現的器官,角質喙慢慢取代了牙齒的功能,成為了鳥類取食的重要器官。此后,作用于牙齒發育基因上的自然選擇壓力逐漸減小,這些基因開始發生突變。這說明科學家們在現生鳥類中發現的基因突變是鳥類演化后期才出現的現象,而真正導致早期鳥類牙齒丟失的原因來自異時發育。“人類現有的技術還不能直接檢測鳥類化石上殘留的遺傳物質,因此要想回答鳥類的牙齒是如何丟失的問題,還必須借助古生物學證據。”王爍說。

恐龍掉牙關鳥啥事,最新研究靠不靠譜

那么,問題來了。恐龍牙齒丟失關鳥類喙的演化什么事兒?新研究真的就這么靠譜嗎?

王爍解釋說:“目前的證據普遍支持獸腳類恐龍是鳥類的祖先,因此要研究鳥類起源以及鳥類重要特征的起源,就先要知道鳥類的祖先身上發生過什么。這一點就好比我們想知道人類的起源,就需要研究猩猩一樣。”

而且王爍認為,相比以往對于鳥類牙齒丟失的假說,這一新的發現更有說服力。首先,王爍研究小組通過基于大數據的特征相關性分析發現,牙齒的丟失與角質喙的發育存在著必然的聯系。以往的研究表明,骨形態發生蛋白BMP不僅控制著牙齒發育,也參與角質喙的發生過程。通過發育生物學實驗證實,這一信號通路表達的上調在引起牙齒發育中斷的同時還可以促進角質喙的生長——這一結果第一次闡明了牙齒異時發育退化可能的機制。

其次,從泥潭龍到竊蛋龍再到早期鳥類都存在這一現象,說明牙齒的異時發育丟失是脊椎動物牙齒演化常用的一種“手段”。

因此,王爍研究團隊得出的結論是建立在多條證據鏈的基礎上,通過形態學、演化發育生物學、大數據分析等分析手段獲得的,具有很高的可信度。這一工作標志著鳥類牙齒如何丟失這個困擾科學家們將近一個世紀的科學問題或許最終得到了回答。

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為什么一些鳥看上去好像有牙

鳥類有牙齒嗎?任何一位生物學家都會回答:絕對沒有。然而很多人宣稱自己看到了鳥類的牙齒,這是怎么回事呢?

如果有機會近距離觀察灰雁,你會發現,它們上下喙的外部邊緣是鋸齒狀的,這樣的構造能讓灰雁輕松地咬斷嫩枝和青草。不過,這可不是真正意義上的牙齒,科學家稱之為齒狀喙。

還有很多鳥類口中都有或大或小、高低不平的刺,這些倒刺向后伸出,貌似牙齒,可以確保吃下去的東西不會吐出來。當然,這也不能算是牙齒。

此外,除了幾維鳥,所有鳥類都在顱部前端有一個很小很尖的凸起,叫做卵齒,是用來劃破蛋殼求得新生的。當幼鳥破殼之后,卵齒很快會脫落或者被吸收掉。盡管被稱為卵“齒”,但這個構造其實只能算是角或者骨刺。

編輯:weimin

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