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姜宝玉教授等在鸟类踝部演化研究中取得重要进展

发布时间:2017-03-22 浏览次数:309

非鸟类恐龙在向鸟类演化过程中后肢发生了很多改变,如行走姿势由近于直立转变为屈膝行走,出现了可以对握并且具有很强的抓握能力的脚趾等。与之对应,鸟类踝关节(功能上对应于人类膝盖)出现了下跗骨、胫骨软骨和跗骨间籽骨等特化结构。这些特化结构改变了鸟类复杂的肌腱系统对单个脚趾活动的控制和力矩,从而提高了鸟类脚趾抓握的精度和力量,这对于鸟类的飞行和捕食都具有重要的意义。由于缺乏化石的证据,这些鸟类后肢特化结构何时和如何演化而来还不清楚。

 2017322日《自然通讯》在线发表了由南京大学地球科学与工程学院姜宝玉教授和英国皇家兽医学院的John R. Hutchinson教授领导的合作研究成果。这支由中国和英国科学家组成的团队研究了保存在中国早白垩世(大约一亿两千五百万年前)湖泊沉积物中的早期鸟类化石——孔子鸟(Confuciusornis)的后肢。扫描电镜和CT成像揭示这件化石很好地保存了踝部关节附近、含显微尺度下的细胞和纤维结构的软骨、肌腱和韧带等软组织组织。根据与恐龙、早期鸟类和现生鸟类踝部结构对比,发现孔子鸟已经具有了下跗骨、胫骨软骨和跗骨间籽骨,但这些特化结构还主要以软骨为主。同时,孔子鸟具有介于早期恐龙和现生鸟类之间的踝部姿态,支持了现生鸟类屈膝姿态是从早期恐龙以及早期鸟类那里逐渐演化过来的。尽管孔子鸟腿部的形态和功能与现生鸟类不完全相同,但正在接近现生鸟类。

进一步的同步辐射X射线和多光谱成像揭示了一部分有机物也被保存了下来。这项发现和越来越多的证据都说明在特殊条件下,氨基酸或者蛋白质碎片等生物分子可以在化石中保存数百万年以上。曼彻斯特大学的Roy Wogelius教授也参与了这项研究,他评论说道,“这件特异保存的化石,使我们能够在这种关键的早期鸟类身上发现微弱但是重要的化学和结构信息。”古生物学、鸟类学、生物力学、地球化学和医学成像等多领域科学家之间的国际合作促成了这项多层次的研究。布里斯托大学的Michael Benton教授补充说道,“我们的研究说明了新兴的先进技术是如何和新发现的化石相结合,并改变我们对于动物的结构、生理和行为的演化过程的理解。”

这项研究得到了国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室、Leverhulme Trust以及英国自然环境研究委员会的资助。

详见:http://www.nature.com/articles/ncomms14779.epdf?author_access_token=fX7hRSkAJtFWhCxii5wJXtRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MiisSZkTBK10uONxp9hs_DlGnCeQ41r_RYrqQXpzonSuGu9kb-n8L-X98SMVJz3m_plHl5XX72WO9wvxATsL_Y