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揭开神、仙兽的神秘面纱

2014年09月22日09:37    来源:中国科学报    手机看新闻
原标题:揭开神、仙兽的神秘面纱

用“萌呆了”来形容中国侏罗纪的神、仙二兽一点也不过分。毛茸茸的它们只有几十克到300克重,手脚有短的掌骨和长的指(趾)骨,可以抓握树枝,再加上长而缠卷的尾巴,憨态可掬。可在过去的170年中,人们对这些古老的小动物的了解仅限于零散的牙齿化石。中国考古学家通过6块化石,为它们“验明正身”。

神、仙兽的复原图

9月10日,英国《自然》杂志以长文发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称古脊椎所)研究员毕顺东、王元青和孟津的论文《从中国侏罗纪神、仙二兽再论哺乳动物起源》。

这篇文章披露了在我国发现的、年代为1.6亿年前的6件相当完整的哺乳动物化石。来自中科院古脊椎所的三位古生物学家介绍了神兽、仙兽两个新属的三个新种,并分别命名为陆氏神兽、玲珑仙兽和宋氏仙兽。这些属种都属于已经绝灭的“贼兽目”—— 一个特别的、迄今为止所知甚少的中生代哺乳动物类群。

在被命名为神、仙兽之前,这些小动物一直被学界称为“贼兽”。1847年,从达尔文时代起,英国对“贼兽”就有记载。但在近170年中,人们对它们的了解仅限于以一些零散牙齿为主的化石。

“这次我们几乎是‘一夜之间’就有了6块相当完整的标本,这是相当神奇的!”毕顺东兴奋地告诉《中国科学报》记者,“最令人振奋的是我们终于能够揭示它的真实面貌,确认它们作为侏罗纪哺乳动物的地位。”

神、仙兽,树贼兽和真贼兽都属于贼兽,它们是贼兽目一分子。这些标本从牙齿,到头骨,到四肢为树贼兽提供了全面的形态学信息,毕顺东、王元青和孟津通过系统发育分析,认为哺乳动物起源于晚三叠纪。在这样的证据和有力的分析中得出的结论,将会对哺乳动物演化以及哺乳动物的一些关键特征起源产生长久和深远的影响。

“身世”争论是热点

贼兽化石最早出现于晚三叠纪,与中生代最为繁盛的多瘤齿兽牙齿类似,构造奇特,齿冠具有多个齿尖,呈两行纵向排列,与其他早期以及现生哺乳动物牙齿结构明显不同。

哺乳动物起源是进化生物学中的重要科学问题,也是学术界长期争论的热点。去年8月,《自然》同期就刊登了两篇来自中国侏罗纪的研究,分别报道了金氏树贼兽和哺乳形巨齿兽,两个研究都和贼兽相关。

但这两项独立研究分别得出的结论,在哺乳动物系统发育和起源时间上分歧较大,焦点在于贼兽类群的系统分类位置。一项研究认为贼兽处于哺乳动物冠群之外,属于哺乳形类动物,而真正的哺乳动物,以一种爆发式的形式,于中侏罗世早期(大约1.6亿年前)演化发展出来。另一项研究认为贼兽和多瘤齿兽形成姐妹群,都属于哺乳动物;而哺乳动物在三叠纪晚期(2.8亿年前)就以爆发式演化辐射出现。这两个研究,使有关哺乳动物起源、演化的讨论变得更加热烈。

因为过去近两百年中,人们一直弄不清树贼兽到底是什么样子,是否真的属于哺乳动物,甚至对那些单颗牙齿是来自左侧或者是右侧齿列也有混淆。“我们团队是从2012年开始该课题的研究的。其实,研究人员拿到珍贵的标本也并不意味着研究能够成功。”毕顺东说。

他与王元青和孟津花费不少时间来“盘点”大量文献,找到关键问题、依据,从而才能确定他们的研究应从怎样的角度切入并提供证据。“我们既要针对和解决存在的关键问题,又要为以后的研究开辟新的研究方向和思路。这才是整个研究真正的难点。”他说。

珍贵的6块化石

在对树贼兽研究的基础上,古脊椎所的科研人员以6块新的标本为基础,对早期哺乳动物的一些关键形态学特征、功能形态、牙齿咬合关系以及微磨痕、系统发育、特征演化、哺乳动物的起源时间等问题,进行了综合研究。

这6块化石分别由古脊椎所、河北唐山自然博物馆、北京自然博物馆、辽宁济赞堂化石博物馆和武夷山博物馆收藏。它们程度不同地保存了头骨和骨架,首次从头骨、下颌、牙齿和头后骨骼等方面,全面地展示了贼兽的形态学。神兽和仙兽化石都产自辽宁建昌玲珑塔地区,产出化石的地层,时代大约为1.6亿年前。

真贼兽标本个体比较小,而上亿年的标本更是异常脆弱,这给科研带来了相当的难度。但为了了解一些关键特征,科研人员必须从岩石中,用剔针在显微镜下进行精细修理,若是一不小心,就会毁坏标本。

这是一个极其耗时且需要细心、尽心、心静的过程。“还有两块标本的头骨,是从岩石板的反面修理出来的,有些部位如纸那么薄而透亮。每一个标本的修理都用了一两个月的时间。”毕顺东说。

幸运的是,这6件标本整个骨架的保存都比较完整,可以基本上完整地了解神仙二兽的骨骼形态,或者说能完整地拼出神仙二兽。

不懈努力终验明正身

理论上,来自北京、河北等地的5个博物馆的标本,每一块都可以作出相当有意义的文章。“但是只有把它们合在一起,我们大家才能作出最有分量的文章,科学内容也最为坚实!”毕顺东说。

他们是在两种模式下开展的工作。一是把最为关键的标本(正型标本)借到古脊椎所来研究,二是到地方博物馆去对副模标本进行访问研究。研究上的奔走不是困难的地方,但确认这些标本的产出地,让他们花了不少功夫。毕顺东和孟津专门到化石产出地点和相关地点进行野外考察,对化石产出的层位和围岩进行了对比和核实,这些都是体力活。

令科研人员感到最辛苦的是要在一种竞争的气氛中,及时把研究拿出来,否则可能会被其他类似研究抢先。他们的研究工作不仅专业性极强,工作量也是巨大的。他们还作了系统分析性状矩阵,有113个分类单元、将近500多个特征。这需要他们结合6件新的标本对每个特征逐一核实、修改,并以新标本为基础添加新的特征,并对113个分类单元进行新的特征编码。工时之长、工作量之大是难以想象的。

在对这些标本研究的基础上,研究者澄清了很多有关贼兽牙齿同源性、定位、咬合关系等争议性问题,并且建立了一个新的哺乳动物支系——真贼兽,它和多瘤齿兽构成了一个姐妹群。研究人员用有力的论据和简约的系统发育关系,表明贼兽、多瘤齿兽和其他哺乳动物的形态相似性,来源于同源演化而不是平行演化,为哺乳动物早期演化提供了一个新颖的观点和研究窗口。

不懈努力换来了今日的成果。到目前为止,《自然》《科学》上的类似工作,通常都是在一块标本的基础上建立一个新的物种。类似古脊椎所一次在六块标本的基础上建立了3个物种,这在《自然》的历史上极为罕见。(记者 杨琪)

(责编:朱妮(实习生)、赵竹青)


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