我國科學家首次發(fā)現(xiàn)初龍型動物胎生證據(jù)

曉丁

[本刊訊]由合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院劉俊領銜來自國土資源部成都地質礦產(chǎn)研究所、中國科學院南京地質古生物研究所、美國蒙大拿州立大學、英國布里斯托爾大學、澳大利亞悉尼大學以及昆士蘭大學等研究人員組成的團隊，首次在采自于云南羅平國家地質公園的初龍型爬行動物化石中發(fā)現(xiàn)胎生證據(jù)，重塑了科學家對爬行動物生殖方式演化的理解，并顯示胎生和后代性別基因決定機制兩者結合使得爬行動物得以成為中生代海洋中的霸主。成果發(fā)表于2017年2月14日的英國NatureCommunications雜志。2月23日該項科研成果被Nature雜志遴選為當周科學界研究亮點。

重要的進化事件，譬如脊椎動物從海洋登陸，通常由一系列重要的形態(tài)結構上的改變而導致。胎生在羊膜卵動物中的演化所導致的脊椎動物由陸地重返海洋是生命進化史上的重要一環(huán)，是除鴨嘴獸等少數(shù)幾種動物外所有其他哺乳動物的一大典型特征。在這些哺乳動物中，母體通過胎盤給胎兒提供營養(yǎng)。事實上，胎生在蜥蜴和蛇類中也較常見。在有些蜥蜴和蛇類中，胚胎在母體中直接成長孵化，出生時就與外界環(huán)境有直接接觸。在現(xiàn)生約9400種蜥蜴和蛇類中，約20%左右的物種采取胎生方式。初龍型動物是包含現(xiàn)生的鱷魚和鳥類，以及絕滅的恐龍和翼龍等在內的爬行動物，目前現(xiàn)生種類約有1萬多種，但是在這一類群中，從未發(fā)現(xiàn)胎生。

新發(fā)現(xiàn)的化石是一種不同尋常的長脖海怪，長3-4米，脖子長度可達到軀干的兩倍，外形有點像傳說中的尼斯湖水怪。此化石屬于一種名為恐頭龍的海生爬行動物，屬原龍類，比現(xiàn)生初龍類更原始，主要生活在中三疊世特提斯洋東岸的淺海區(qū)域，即現(xiàn)在的華南地區(qū)。

胚胎化石位于母體的內部，軀干整體指向母體的前方，而一般被捕食的獵物未消化之前在體腔內部頭朝后，這證明此胚胎化石為母體內正在成長的胎兒，而不是同類相食的結果。胚胎化石呈卷曲狀，是脊椎動物胚胎的典型姿勢。胚胎化石骨化較好，顯示其處于較高級的胚胎發(fā)育階段。胚胎周圍也沒找到鈣化的蛋殼。這些證據(jù)都指示恐頭龍應為胎生，這也與恐頭龍高度適應水生的形態(tài)特征吻合。長長的脖子和鰭狀的四肢都指示恐頭龍不大可能爬到陸地下蛋。

對化石進一步的研究和全新的譜系發(fā)育分析首次證實胎生在初龍型動物中的存在，這使得對初龍型動物生殖方式的了解從侏羅紀前推到三疊紀，往前跨越了5千萬年。

一些現(xiàn)生的爬行動物，譬如鱷魚，其后代性別由外界環(huán)境溫度決定，而鳥類和哺乳動物的后代性別則由基因決定。后代性別的決定機制已被證實與輻射演化密切相關。為進一步探討胎生在初龍型動物中出現(xiàn)的意義，研究者通過譜系模擬，發(fā)現(xiàn)恐頭龍的后代性別由基因決定?？紤]到與恐頭龍關系最密切的現(xiàn)生類群，包括龜類和鱷魚，其后代性別都是由環(huán)境溫度決定的。這是一項非同尋常的發(fā)現(xiàn)。

通過化石鑒定性別的決定機制不是一件容易的事，這是因為性別決定機制本身不能保存為化石。在羊膜卵化石中要想判斷后代性別由什么決定，首先需要收集現(xiàn)生羊膜卵動物的性別決定機制和生殖方式，然后利用它們相互之間的親緣關系以及化石物種所顯示的生殖方式，通過譜系模擬來推測絕滅生物的性別決定機制。

在低緯度地區(qū)的開闊海洋中，溫度相對比較穩(wěn)定。這種環(huán)境對性別由外界溫度決定的羊膜卵動物來說不具有優(yōu)勢。與此同時，爬行動物的蛋不能在水里孵化。這是因為蛋里的胚胎需要從外界的空氣呼吸氧氣，而這一交換過程在海水中極為緩慢。這似乎意味著同時具有胎生和性別基因決定機制的爬行動物應該更為適應開闊海洋中的生活。該研究所進行的譜系模擬支持上述假設，幫助像恐頭龍這樣的爬行動物成為統(tǒng)治中生代海洋的霸主。

對恐頭龍的分析顯示，在初龍型動物中沒有內在的遺傳或者發(fā)育機制阻止胎生在這一類群中的演化。這一重要發(fā)現(xiàn)將使得學界目前的研究重心從對什么因素限制了胎生在初龍型動物中的出現(xiàn)，轉移到探討自然選擇在初龍型動物演化出胎生中所扮演的角色。