恐头龙:胎生只为称霸?

2017-03-17 09:21 来源:《中国科学报》 
2017-03-17 09:21:25来源:《中国科学报》作者:责任编辑:宋雅娟

  恐头龙化石,放大的部分为胚胎骨骼。刘俊供图

  在其他已知的初龙类动物中,没有一种和恐头龙一样,采用胎生的生殖方式。因此,这个发现颠覆了生物学的一个传统认识。

  ■记者 胡珉琦

  众所周知,绝大多数爬行动物都是卵生动物。初龙类动物是包含现生的鳄鱼和鸟类以及绝灭的恐龙和翼龙等在内的爬行动物,目前约有超过10000种现生种类,胎生在这一类群中从未被发现。但近期,科学家却意外发现,在中生代,恐龙的表亲——恐头龙成为了一个特例。

  合肥工业大学资源与环境工程学院副教授刘俊在一块恐头龙的化石里发现了一只尚未出生但已发育完整的小恐头龙。这项研究成果发表在了国际学术期刊《自然·通讯》上,它颠覆了生物学的一个传统认识。

  恐头龙不会下蛋

  在遥远的二叠纪末,全球范围内发生了大规模的生物灭绝事件。统计显示,当时约有90%的海洋生物都灭绝了,陆地生物也经历了同样重大的灾难。

  后来,人们所熟悉的恐龙、鳄类等初龙类成为了中生代的陆地霸主,而比它们早些时间出现的海生爬行动物——恐头龙、鱼龙、鳍龙类,已经在海洋“所向披靡”了。

  这些海洋里的庞然大物演化出各种各样非常特别的体型,尤其是恐头龙,它们有着长长的脖子,颈部比躯干长一倍多,与身体完全不成比例。这也是古生物演化中的一个小小的谜团,它们究竟为何要长出长长的脖子?

  这个问题至今还没有定论,又一个疑问随之而来。

  2008年,成都地质矿产研究所研究员张启跃及其团队组织野外发掘,在云南省曲靖市罗平县的罗平国家地质公园采集到了一件恐头龙的化石,距今2.45亿年。研究人员花了3年时间将它整理修复完成,接下去的一幕,让人异常惊喜。

  这件化石标本并不只有一个个体,而是两个,其中一个小个体包裹在大恐头龙的体内。这就给研究人员带了不小的难题,小个体究竟是被吞进肚里的猎物,还是大恐头龙怀上的宝宝?

  第一个假设很快被排除了。因为刘俊发现,小化石的表面没有被胃酸腐蚀的痕迹,证明它并不是食物。而且他还发现,化石腹部包裹的小恐头龙的躯干整体指向母体的前方,但恐头龙通过长脖子以伏击方式吞食捕猎,如果是未消化的猎物,一般其头部都朝后存留在恐头龙体腔内。

  如果小化石的确是恐头龙的孩子,那么它到底是胎生还是卵生?

  刘俊进一步观察发现,大恐头龙化石以完全包裹的形式保护着小的个体,它的骨骼已经长成,如果是卵生应该早已排出体外了。而且,该化石中及周边均未检测到钙质的蛋壳成分。最后,考虑到恐头龙脖子那么长,很难上岸产卵孵化,胎生是最好的选择。

  刘俊猜测,这只恐头龙应该已经临近预产期。

  胎生好称霸

  恐头龙胎生还是卵生真的那么重要吗?因为,它可能是初龙类动物中最独一无二的那个!

  初龙类也叫主龙类,是双孔亚纲爬行动物的一个主要演化支,包括恐龙和翼龙,在现生动物中包括了鳄鱼、龟鳖类和鸟类。

  刘俊表示,恐头龙属于原龙类,是初龙类演化过程中的一个分支。它们主要生活在中生代三叠纪时期特提斯洋东岸的浅海区域,也就是现在的中国华南地区。恐龙、翼龙、鸟类等属于另一个分支,它们互为表亲,只是恐头龙出现的年代更早。

  需要强调的是,在其他已知的初龙类动物中,没有一种和恐头龙一样采用胎生的生殖方式。因此,这个发现颠覆了生物学的一个传统认识。

  关于爬行动物为什么会重新由陆地入侵海洋,刘俊是这样解释的:在三叠纪早期,由于环境的变化,导致陆地温度过高或者食物匮乏,而爬行动物属于冷血动物,海洋的温度更适合它们生存。也有可能是经历了海洋生物大灭绝,海洋中的食物竞争变得不那么激烈,于是,一部分爬行动物,选择从陆地回到海洋。

  对海生爬行动物来说,胎生还是卵生会严重影响它们的种群生存能力。和卵生的生殖方式相比,胚胎在母体中可以获得更充足的营养,而且母亲不必返回陆地产卵、孵化,这也为繁殖行为避免了很多风险。

  事实上,不仅仅是恐头龙,它的竞争对手鱼龙和鳍龙类也都采取胎生的方式繁衍后代。这也从一定程度上揭示了,为什么这些体型怪异的海生爬行动物能够成为中生代的海洋霸主。

  刘俊供图

  基因决定性别

  除了胎生这一特别的机制,研究人员还发现了恐头龙的另一个不同之处,那就是后代性别决定机制。

  在现生的与恐头龙关系最为密切的爬行动物中,比如龟类、鳄鱼,它们的后代性别是由卵的孵化环境温度所决定的。但是,恐头龙却和鸟类、哺乳动物一样,它们的后代性别是由基因决定的。

  要确定这一机制,对刘俊而言,是这项研究中最困难的部分。研究团队先对现生羊膜卵动物(包括爬行动物、鸟类、哺乳动物)进行了统计,找到它们的生殖方式和后代性别决定机制之间的关联性。通过谱系模拟的方法,生物在不同的谱系位置,其生殖方式和后台性别决定机制之间的关系是不同的。那么,已知恐头龙在演化谱系树上的位置,最后研究团队推测得到,如果恐头龙是胎生,那么它的后代性别由基因决定的概率超过了95%。

  然而,这还不是研究过程中最费时间的一项。为了找到恐头龙在演化谱系树上的准确位置,从2014年开始,刘俊满世界找化石、看文献,把这块化石跟其他原始的初龙类化石骨骼形态作对比研究。他对大量化石进行研究和观察、建立数据矩阵,再用计算机对形态学的数据矩阵进行分析,最终得出结论。这项看似很常规但又极其烦琐的工作,是后续研究最重要的基础。

  有些遗憾的是,恐头龙这一支系没能持续演化就灭绝了,而研究人员至今也不知道其中的原因。希望未来科学家可以解答这个疑问。

[责任编辑:宋雅娟]

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