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古老牙齒勾勒最早哺乳動物

科學家通過計算牙齒化石上的“年輪”了解最早的哺乳動物。圖片來源： Nuria Melisa Morales Garcia.

■本報記者 唐鳳

活動少、壽命長。這就是哺乳動物的祖先，可能跟人們想象的不一樣。

英國布裡斯托爾大學和芬蘭赫爾辛基大學研究人員領銜的一項研究，對距今2億年的最早哺乳動物牙齒進行了開拓性分析。結果顯示，它們與冷血的爬行動物類似：活動較少但壽命長得多。

這是古生物學家第一次能夠直接研究早期哺乳動物化石的生理機能，并颠覆了人們之前對自己最早祖先的認識。10月12日，相關論文刊登于《自然—通訊》。

“我們有了一些非常驚人的發現。之前人們認為哺乳動物的關鍵特征，包括溫血習性，大約在同一時期進化。”論文第一作者、布裡斯托爾大學助理研究員Elis Newham告訴《中國科學報》，“相比之下，我們的研究結果清楚地表明，盡管它們有更大的大腦和更高級的行為，但它們并沒有‘放縱生活’并英年早逝，而是生活節奏更慢、壽命更長，類似于蜥蜴等小型爬行動物。”

最早哺乳動物

哺乳動物的起源和輻射是生命曆史上的重要事件，化石顯示，哺乳動物起源于2.2億年前，即三疊紀晚期。最早的哺乳動物被廣泛認為是廣義的食蟲動物，代表了哺乳動物最初5000萬年的進化過程。

盡管人們在解剖學、生态學和早期哺乳動物進化方面的知識有了相當大的進步，但對其生理學卻知之甚少。甚至，研究人員表示，關于哺乳動物的起源時間和化石群的證據是矛盾的。

研究人員挑選了兩種最早的哺乳動物——Morganucodon和Kuehneotherium。

這兩種動物生活在大約2億年前的三疊紀晚期和侏羅紀早期，體形較小，通常被認為是廣義的食蟲動物，也是地球上最早的哺乳動物的代表。它們與早期恐龍一起生活在地球上，許多科學家認為它們是溫血動物。

多年來，布裡斯托大學的Pamela Gill及同事一直在研究這些哺乳動物化石。Gill提到，“早期哺乳動物化石的保存度不佳，胃中沒有保存可供推斷的食物，所以我們隻能利用最新技術從下颌和牙齒化石中搜尋證據。”

2014年，研究人員發現Morganucodon和Kuehneotherium的牙齒凹面和擦痕有很大不同。這表明兩者的食物也有差别——Morganucodoni喜歡硬而脆的食物，例如甲蟲，而Kuehneotherium更喜歡偏軟的食物。研究人員在另一篇刊登于《自然》的論文中表示，這表明在那個時期，生态位劃分和飲食分化正在進行中。

牙齒暗藏生活“故事”

Newham在南安普敦大學讀博士研究生期間就開始研究這些牙齒。

Morganucodon和Kuehneotherium的牙齒化石隻有針頭大小，Gill和Newham等人使用先進的X射線技術對其進行了掃描。通過掃描牙骨質化石，Gill希望保存的數據能夠足夠清晰，以确定這種哺乳動物的壽命。牙骨質是将牙根固定在牙槽骨内，并在一生中持續生長的物質。

幸運的是，牙齒為這些小型哺乳動物的壽命和進化提供了新的線索。

研究小組研究了它們牙槽内的生長輪，後者就像樹木年輪一樣每年沉積下來，以便計算出這些動物的壽命。研究結果表明，它們的最長壽命可達14年，這比與它們體形相當的有毛後代，如老鼠和鼩鼱，要長得多。老鼠和鼩鼱在野外隻能存活1~2年。

而使用這些新成像技術的靈感來自于現實中的一顆牙齒。“我的一位同事，也是論文的合著者之一，拔掉了一顆牙齒，并告訴我想給它拍X光片，因為X光片可以告訴有關你生活曆史的所有事情。這讓我想到是否可以做同樣的事情，以了解更多關于古代哺乳動物的信息。”Gill告訴記者。

為了驗證這一理論，一顆屬于Morganucodon的古老牙齒标本被送到了赫爾辛基大學的Ian Corfe手中，他用高能同步加速器X射線對其進行了掃描。“讓我們高興的是，雖然牙骨質隻有幾分之一毫米厚，但掃描得到的圖像是如此清晰，完全可以用來計算。”Corfe說。

這标志着這項為期6年的國際研究的開始。

與想象不同

2億年前，這些小動物或許不小心掉進了岩洞裡，在那裡它們的骨骼，包括牙齒，變成化石。“多虧了這些保存完好的微小碎片，我們得以對一個物種的數百個個體進行研究。”Corfe說。

研究人員分别使用位于法國和瑞士的歐洲同步輻射裝置和瑞士光源，對英國倫敦自然曆史博物館和劍橋大學動物博物館提供的約200個牙齒标本進行了掃描。

“光是掃描就花了一個多星期，我們24小時輪班來完成所有工作。這是一次難忘的經曆，當圖像開始出現時，我們知道自己得到了一些東西。”Newham說。

研究人員用數字技術三維重建了牙根，結果顯示，Morganucodon可以活14年，而Kuehneotherium可以活9年。Newham說：“它們的壽命比我們預期的同樣大小的小型哺乳動物的1到3年要長得多，這讓我很吃驚。”

除此之外，它們的骨骼、頭骨和牙齒都與哺乳動物十分類似。例如，它們有專門的咀嚼牙齒、較大的大腦，可能還有毛發，但它們漫長的壽命表明，其生活節奏更像爬行動物，而不是哺乳動物。

“有充分的證據表明，哺乳動物的祖先從二疊紀晚期開始變得越來越溫血，但是，即使是數千萬年後，我們的祖先仍然更像現代爬行動物而不是哺乳動物。”Newham說。

但研究人員認為，盡管它們的生活節奏仍然像爬行動物，但在這些早期哺乳動物的骨組織中發現了證明它們具有持續運動的過渡能力的證據。作為一種活組織，骨骼含有脂肪和血管。這些血管的直徑可以揭示動物能利用的最大血流量，這對動物的覓食和狩獵等活動至關重要。

數據顯示，在Morganucodon的大腿骨中，血管的流速比同等大小的蜥蜴略高，但遠低于現代哺乳動物。這表明，這些早期哺乳動物比小型爬行動物活躍的時間更長，但卻不能像現在的哺乳動物那樣充滿活力地生活。

來源： 《中國科學報》

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