你的祖先走起来不像蜥蜴，研究人员推翻长期存在的脊椎进化假说

　　以现存爬行动物为模型研究哺动物祖先的脊椎，这个传方法可能不是个好选择。哺动物的最早祖先也不像科学家之前所推测的像蜥蜴一样运动。

　　哈佛大学科学家领导的一组研究人员，通过测量现存和灭绝的脊椎动物（爬行动物、哺动物和它们灭绝的近亲）的脊椎形状，对目前流行的脊椎进化假说提出了挑战。

　　研究人员描绘了脊椎结构的进化变化对脊椎功能的影响，并表明非哺类合弓纲动物脊椎的移动方式与任何现存动物截然不同。3月2，相关论文发表于《当代生物学》。

　　“现存爬行动物被拿来与合弓纲动物较，因为它们有相似的伸展姿势。然而，我们详细分析发现，这些动物脊椎的结构和功能可能非常不同。因此，现存的爬行动物并不是一个研究合弓纲动物脊椎的好模型。”该团队负责人、哈佛大学生物与进化生物学学系前博士后研究员Katrina E. Jones在接受《中国科学报》采访时说。

　　就像一把瑞士军刀nsp;

　　脊椎对哺动物的运动而言，就像一把瑞士军刀。它能以各种方式发挥作用，从而使哺动物的运动具有显著多样性。那么，哺动物的祖先也是这样吗？

　　动物能跑、能游、能爬、能飞，部分归功于其脊椎的大规模重组，而这发生在大约3.2亿年的进化过程中。翻开任何一本解剖学教科书，你都会发现一个长期存在的假说，即哺动物的脊椎骨具有一无二的矢状（上下）运动能力，这进化自一种功能类似于现存爬行动物的古老脊椎骨。另一方面，爬行动物的脊椎骨只能侧向（左右）移动。

　　这种所谓的“侧向到矢状”的转变完全是基于已灭绝的合弓纲动物和现代蜥蜴表面上的相似性。

　　合弓纲动物出现在3.2亿年前的晚石炭纪，是二叠纪中到晚期的优势陆地动物，因为它们演化出哺动物，因此也被成为现代哺动物的祖先。

　　Jones表示，研究发现，虽然在哺动物的进化过程中，矢状弯曲的程度确实有所增加，但最早的合弓纲动物的脊椎骨具有最佳的硬度，在向哺动物的进化过程中，并不包括一个以爬行类侧向弯曲为特征的阶段。

　　“哺动物直接从侧向弯曲过渡到矢状弯曲的观点太简单了。”资深作者、哈佛大学生物和进化生物学系助理教授Stephanie Pierce说，“几百万年前，蜥蜴和哺动物分道扬镳，各自踏上了自己的进化之旅。我们的研究表明，现存的蜥蜴并不代表任何一种祖先形态或功能，不过这两个类群在很久以前可能有共同之处。”

　　那么，哺动物的祖先的脊椎究竟是啥样，又如何移动的呢？要找出答案，就要对大量样本的脊椎骨进行量化。

　　量化脊椎骨有点小棘手nsp;

　　“我们首先必须量化脊椎的形状，这实际上有点棘手。”Jones说，“脊椎的形状非常复杂，很难测量。而且每个脊椎都是由多个脊椎骨组成的，不同物种的脊椎骨数量不同，且有不同数量脊椎骨的动物，这些骨头的形状和功能可能以不同的方式划分。对这些动物进行较具有挑战性。”

　　于是，Jones 等人测量了一系列爬行动物、哺动物和蝾螈标本以及合弓纲动物化石的脊椎形状。这些标本来自世界各地的博物馆收，现代动物骨骼主要来自较动物学博物馆、菲尔德自然历史博物馆，以及、欧洲和南非的博物馆。

　　研究人员在每种动物的脊椎的相同位置选择了5块脊椎骨，然后使用一种地标技术——几何形态测量学，测量了不同动物脊椎骨的三维形状。结果表明，合弓纲动物与现代哺动物的脊椎有很大的不同，与蜥蜴等爬行动物的也有很大的不同。

　　接下来，研究人员利用他们之前的研究数据，对现存蜥蜴和哺动物的脊椎形状和运动程度进行了较，以便检验它们的脊椎可能是如何运动的，提供了形状和功能之间的关键联系。这些数据使研究人员能够绘制出广泛动物样本脊椎功能的变化，重建并描述每种动物的功能特征精确组合。

　　“我们的数据分析方法令人兴奋，因为它可以揭示不同脊柱形状如何导致不同的功能权衡。”Pierce告诉记者，例如爬行动物脊椎非常擅长侧弯，但不能像哺动物那样上下移动。

　　进化需要不同权衡nsp;

　　“我们能证明，与现存的爬行动物和哺动物相，合弓纲动物的脊椎骨有不同的功能组合。”Jones说，“在进化过程中，它们不只是从爬行类的侧弯到哺类的矢状弯曲，而是在一条完全不同的路径上单进化而来。”

　　一种传推测是，哺动物祖先与现代爬行动物做了同样的权衡。但事实证明，它们有一套完全不同的折中体系。

　　合著者、菲尔德自然历史博物馆Ken Angielczyk表示，“爬行动物的进化时间和哺动物一样长，也正因为如此，爬行动物也有同样长的时间来积累‘特殊技能’。在进化过程中，哺动物和爬行动物都积累了自己的一套专长。”

　　研究结果表明，合弓纲动物的脊椎骨实际上非常坚硬，完全不同于蜥蜴，后者在横向上非常有曲度。此外，在哺动物的进化过程中，这种坚硬的脊椎基础增加了新的功能，包括下背部的矢状弯曲和上部的扭转。这些新功能的增加对于构建哺动物功能多样化的脊椎骨至关重要，这些使现代哺动物能跑得非常快，并能旋转身体来梳理皮毛。相之下，爬行动物进化出非常有曲度和能侧向移动的脊椎，以适应它们特殊的运动模式。

　　Pierce说：“通过对化石记录的严格分析，我们认为这是一个更加复杂和有趣的进化故事。我们现在正在揭示形成哺动物脊骨的进化路径。”

　　研究人员正在用CAD辅助的三维模型测试该研究结果。到目前为止，该测试支持了这篇论文中的发现。未来的研究将通过创建3D模型直接测试这些动物脊椎骨的功能和移动状态。

　　“我们还不知道整个故事。”Jones说，“但已经接近了。”

　　相关论文信息：s://doi.org/10.1016/j.cu.2021.02.009