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恐龍進化成鳥的奧秘

圖文 更新时间:2024-08-05 03:11:59

一旦你知道許多恐龍都有羽毛,它們可能演變成鳥類似乎更為明顯。但仍有一個大問題。一群牙齒豐富的恐龍颌(想想霸王龍)如何變成現代鳥類的無牙颌,被喙覆蓋?在這種轉變中必須發生兩件事:牙齒的抑制和喙的生長。現在,新的化石證據已經證明了它是如何發生的。

恐龍進化成鳥的奧秘(恐龍是如何進化喙并成為鳥類的)1

在一項新的研究中,來自北京首都師範大學的王碩及其同事研究了一系列恐龍和早期的化石,以期看到這一過渡。他們發現,随着年齡的增長,一些恐龍會逐漸失去牙齒并長出一隻小喙。随着時間的推移,這個過程發生得越來越早,直到最終動物從完全形成的喙的卵中出現。

最古老的鳥類實際上有類似爬行動物的牙齒 , 例如侏羅紀晚期(150萬年前)的和白垩紀早期(125 萬年前)的薩波奧尼斯。但其他早期的鳥類也已經失去了牙齒.

恐龍進化成鳥的奧秘(恐龍是如何進化喙并成為鳥類的)2

現代鳥類都缺乏牙齒,除了南美洲的hoatzin,Opisthocomus,它們的幼鳥有一顆小牙齒,用來幫助它們逃離卵子然後脫落。20世紀80年代的發育實驗表明,如果用正确的分子人工刺激下颌組織,現代鳥類可能會産生牙齒。這表明他們的祖先在某些時候會自然地長出牙齒。

與此同時,許多恐龍确實有某種喙。喙由角蛋白組成,角蛋白是一種堅韌,柔韌的蛋白質,也可以制作指甲和牛角,以及羽毛和毛發。我們通常認為喙是無所不包的結構,從前面的尖尖延伸到眼睛,包括現代鳥類的鼻孔。但是化石的例子表明,許多帶齒的恐龍實際上在鼻子前面有一個最小的喙。

恐龍進化成鳥的奧秘(恐龍是如何進化喙并成為鳥類的)3

為了确切地了解喙是如何取代恐龍牙齒的,研究人員不得不查看動物的下颚骨骼。恐龍骨骼化石不僅僅是原始骨骼的岩石石膏,但它們幾乎總是顯示出所有的内部結構。來自任何恐龍骨骼的微觀薄切片顯示了血管和神經内部管道的所有細節,以及骨骼生成細胞所在的凹坑。化石下颚骨骼的薄片顯示出與任何現代颌骨一樣多的細節。

如今,骨骼很少被切割,并且使用計算機斷層掃描(CT)掃描來查看骨骼内部而不會損壞它們更為常見。CT掃描是一系列緊密間隔的X射線,使研究人員能夠構建詳細的3D模型,顯示骨骼内的每個細節。

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王碩及其同事觀察到,與鳥類祖先密切相關的獸腳亞目恐龍Limusaurus和幼鳥Sapeornis在他們年輕時就有牙齒直到颌骨前部,但随着他們長大失去了它們。化石的詳細内部掃描顯示成年Limusaurus沒有牙齒,但下颚仍有牙槽,關閉并形成一條單獨的管道。在成年Sapeornis中,下颌後部有牙齒,但下颌前部沒有牙齒。

随着現代鳥類在卵内發育,喙角蛋白開始在鼻尖處形成,然後長回以覆蓋上下颌。王碩及其同事認為,調節喙生長的機制也會抑制牙齒的形成。這得到了BMP4基因研究的支持,該基因表明它控制着現代鳥類的兩種功能。

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白喙替換牙齒有使用這些化石來展示動物如何随着時間的推移而進化,這表明一些恐龍的喙和鳥類親屬最初随着動物長大和牙槽關閉而向後擴張。最終,這個過程發生在發育周期的早期,直到孵化出現喙和沒有牙齒。今天,骨基因BMP4控制喙生長和牙齒抑制的方面,這些可能在鳥類進化的早期起作用。

為了獲得更多的證據,王碩和他的同事們更廣泛地看待脊椎動物在進化過程中失去或減少了的牙齒,包括一些魚類,青蛙,穿山甲,鲸魚和完全沒有牙齒的海龜。在所有情況下,失去牙齒的動物都與角蛋關。

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這些發展觀察有助于證實精緻的恐龍化石所指的理論。在成為鳥類時,恐龍必須以多種方式改變,包括尺寸縮小,翅膀發芽,适應用于展示和飛行的羽毛,改善感官,縮短尾巴,丢失牙齒以及許多其他角色。重要的是能夠找出這些驚人變化如何發生的合理證據。

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