奇怪的现代头骨提出了关于鸟类早期进化的新问题

现代鸟类的一个长着牙齿的早期亲属的头骨化石显示出一种奇怪的现代头骨结构,引发了关于鸟类早期进化的新问题。

一位艺术家对 Janavis 晚白垩世世界的诠释,Janavis 是早期鸟类的亲戚。 这种有齿的鸟生活在类似于今天的巴哈马群岛的栖息地,可能捕食鱼类和鱿鱼类生物。(图片来源:Phillip Krzeminski)
一位艺术家对 Janavis 晚白垩世世界的诠释,Janavis 是早期鸟类的亲戚。 这种有齿的鸟生活在类似于今天的巴哈马群岛的栖息地,可能捕食鱼类和鱿鱼类生物。(图片来源:Phillip Krzeminski)

地球上最早的鸟类可能比科学家预期的更现代——这一发现引发了关于进化史上一段模糊时期的新问题。

根据 2015 年发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文,第一批鸟类在大约 1.65 亿至 1.5 亿年前的侏罗纪时期从两足兽脚亚目恐龙中分化出来。 它们在白垩纪与恐龙共存。 大约 6600 万年前,大规模灭绝使非鸟类恐龙灭绝,从进化的角度来看,鸟类起飞了(它们已经擅长飞行)。

但对这个过程更详细的了解是难以捉摸的,部分原因是白垩纪的鸟类化石几乎没有。 这是鸟类历史上的一个关键时期,因为杀死恐龙的小行星也消灭了许多古老的鸟类血统,只留下幸存者,从而产生了现代鸟类。 这留下了很多关于在这场伟大的风选之前第一批鸟的样子的问题。

“这一事件在鸟类进化史上非常关键,因为它决定了哪些类鸟动物的谱系是赢家和输家,”英国剑桥大学的脊椎动物古生物学家丹尼尔·菲尔德(Daniel Field)说, 告诉我们

输入 Field 和他的同事的新发现:Janavis finalidens,一种秃鹰大小的牙齿鸟类,与任何现代鸟类都没有直接关系,但它是恐龙末期现代鸟类祖先的近亲。 这种新描述的物种让菲尔德和他的团队感到惊讶,因为它的头骨有一个怪癖:这种鸟的上颚(人类的上颚)没有融合,使这种动物的上喙可以活动,就像现代鸭子的一样。 这是令人惊讶的,因为科学家们曾认为最原始的鸟类具有融合的上颚和坚硬的上喙,很像今天的鸸鹋和鸵鸟。

11 月 30 日发表在《自然》杂志上的这项新发现提出了另一种假设:最早的鸟类看起来是“现代的”,而鸸鹋和鸵鸟的“原始”喙可能是后来进化出来的。

“这是一条有趣的新信息,肯定会使情况复杂化,”芝加哥菲尔德博物馆化石爬行动物副馆长 Jingmai O’Connor 说。 “但它说的是什么,我们真的还不能说,”奥康纳说,他研究恐龙-鸟类的转变,但没有参与这项新研究。

一根骨头

要理解为什么 Field 称之为 Janavis 的鸟很奇怪,你必须了解一点鸟类科学史。 早在 1800 年代中期,英国生物学家托马斯·赫胥黎(因提倡进化论而被称为“达尔文的斗牛犬”而闻名)利用他所拥有的知识,将所有鸟类分为两个祖先类群:“古颌类”或古颌类 ,它有像鸵鸟一样僵硬的味觉; 和“现代颚”或新颚动物,它们有活动的、鸭子般的上颚。

活动的上颚产生活动的喙,因此科学家们认为未融合的“现代下颚”鸟类是比其更原始的“古代下颚”祖先进化的进步。 有了可移动的喙,鸟类更擅长梳理毛发、喂食、筑巢和其他需要灵巧的任务。

Janavis finalidens(左)与野鸡(中)和鸵鸟(右)的味觉对比。 尽管科学家长期以来一直认为最早的鸟类具有类似鸵鸟的味觉,但贾纳维斯的味觉更像是野鸡。 (图片来源:剑桥大学 Juan Benito 博士和 Daniel Field)
Janavis finalidens(左)与野鸡(中)和鸵鸟(右)的味觉对比。 尽管科学家长期以来一直认为最早的鸟类具有类似鸵鸟的味觉,但贾纳维斯的味觉更像是野鸡。 (图片来源:剑桥大学 Juan Benito 博士和 Daniel Field)

不幸的是,进化改进的巧妙故事似乎站不住脚。 在 1990 年代,古生物学家在比利时的一个采石场发现了一块垒球大小的岩石,其中包含白垩纪鸟类骨骼化石。 几十年来,没有人能够理解这个标本。 但是使用计算机断层扫描 (CT) 扫描非破坏性地观察化石内部,Field 和他的团队最终意识到化石中包含一些令人兴奋的东西:头骨。 特别是,之前被确定为鸟类肩骨的一块骨头实际上是上颚的一部分。

这根骨头表明生活在 6670 万年前的 Janavis 拥有“现代”味觉。

“这一发现表明,现代新颌类动物 [“现代颌骨”] 和现代古颌类动物 [“古代颌骨”] 的早期祖先可能有活动的上颚,”菲尔德说。

混杂的血统

那么,有可能所有的鸟类都是从科学家们所说的“现代颌骨”开始的,一些谱系后来才采用“原始”结构。

但这不是唯一的可能性,奥康纳告诉我们。 目前,研究人员认为“现代下颚”和“古代下颚”鸟类属于同一个总体群体。 但有一个“异端想法”,她说,也许“古代有颚”鸟类与“现代有颚”鸟类不同,是从不同的长尾祖先进化而来的。 在那种情况下,这两个群体的最后一个共同祖先可能比科学家认为的要早得多。

奥康纳说,鉴于这些新发现,可能值得重新检查一些最早的小行星后鸟类化石,以更好地掌握它们的头骨解剖结构。 她说,更多来自白垩纪的化石证据也会有所帮助。

Field 和他的团队计划深入研究 Janavis。

“我们将继续非常仔细地研究 Janavis 的解剖结构,以便更多地了解它的生物学真实情况,”菲尔德说。 “回答这类问题可能有助于我们更详细地理解为什么这些前现代鸟类谱系会因小行星撞击而完全灭绝。”

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