曉丁

[本刊訊]由合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院劉俊領(lǐng)銜來自國土資源部成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、美國蒙大拿州立大學(xué)、英國布里斯托爾大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)以及昆士蘭大學(xué)等研究人員組成的團隊，首次在采自于云南羅平國家地質(zhì)公園的初龍型爬行動物化石中發(fā)現(xiàn)胎生證據(jù)，重塑了科學(xué)家對爬行動物生殖方式演化的理解，并顯示胎生和后代性別基因決定機制兩者結(jié)合使得爬行動物得以成為中生代海洋中的霸主。成果發(fā)表于2017年2月14日的英國NatureCommunications雜志。2月23日該項科研成果被Nature雜志遴選為當(dāng)周科學(xué)界研究亮點。

重要的進化事件，譬如脊椎動物從海洋登陸，通常由一系列重要的形態(tài)結(jié)構(gòu)上的改變而導(dǎo)致。胎生在羊膜卵動物中的演化所導(dǎo)致的脊椎動物由陸地重返海洋是生命進化史上的重要一環(huán)，是除鴨嘴獸等少數(shù)幾種動物外所有其他哺乳動物的一大典型特征。在這些哺乳動物中，母體通過胎盤給胎兒提供營養(yǎng)。事實上，胎生在蜥蜴和蛇類中也較常見。在有些蜥蜴和蛇類中，胚胎在母體中直接成長孵化，出生時就與外界環(huán)境有直接接觸。在現(xiàn)生約9400種蜥蜴和蛇類中，約20%左右的物種采取胎生方式。初龍型動物是包含現(xiàn)生的鱷魚和鳥類，以及絕滅的恐龍和翼龍等在內(nèi)的爬行動物，目前現(xiàn)生種類約有1萬多種，但是在這一類群中，從未發(fā)現(xiàn)胎生。

新發(fā)現(xiàn)的化石是一種不同尋常的長脖海怪，長3-4米，脖子長度可達到軀干的兩倍，外形有點像傳說中的尼斯湖水怪。此化石屬于一種名為恐頭龍的海生爬行動物，屬原龍類，比現(xiàn)生初龍類更原始，主要生活在中三疊世特提斯洋東岸的淺海區(qū)域，即現(xiàn)在的華南地區(qū)。

胚胎化石位于母體的內(nèi)部，軀干整體指向母體的前方，而一般被捕食的獵物未消化之前在體腔內(nèi)部頭朝后，這證明此胚胎化石為母體內(nèi)正在成長的胎兒，而不是同類相食的結(jié)果。胚胎化石呈卷曲狀，是脊椎動物胚胎的典型姿勢。胚胎化石骨化較好，顯示其處于較高級的胚胎發(fā)育階段。胚胎周圍也沒找到鈣化的蛋殼。這些證據(jù)都指示恐頭龍應(yīng)為胎生，這也與恐頭龍高度適應(yīng)水生的形態(tài)特征吻合。長長的脖子和鰭狀的四肢都指示恐頭龍不大可能爬到陸地下蛋。

對化石進一步的研究和全新的譜系發(fā)育分析首次證實胎生在初龍型動物中的存在，這使得對初龍型動物生殖方式的了解從侏羅紀(jì)前推到三疊紀(jì)，往前跨越了5千萬年。

一些現(xiàn)生的爬行動物，譬如鱷魚，其后代性別由外界環(huán)境溫度決定，而鳥類和哺乳動物的后代性別則由基因決定。后代性別的決定機制已被證實與輻射演化密切相關(guān)。為進一步探討胎生在初龍型動物中出現(xiàn)的意義，研究者通過譜系模擬，發(fā)現(xiàn)恐頭龍的后代性別由基因決定?？紤]到與恐頭龍關(guān)系最密切的現(xiàn)生類群，包括龜類和鱷魚，其后代性別都是由環(huán)境溫度決定的。這是一項非同尋常的發(fā)現(xiàn)。

通過化石鑒定性別的決定機制不是一件容易的事，這是因為性別決定機制本身不能保存為化石。在羊膜卵化石中要想判斷后代性別由什么決定，首先需要收集現(xiàn)生羊膜卵動物的性別決定機制和生殖方式，然后利用它們相互之間的親緣關(guān)系以及化石物種所顯示的生殖方式，通過譜系模擬來推測絕滅生物的性別決定機制。

在低緯度地區(qū)的開闊海洋中，溫度相對比較穩(wěn)定。這種環(huán)境對性別由外界溫度決定的羊膜卵動物來說不具有優(yōu)勢。與此同時，爬行動物的蛋不能在水里孵化。這是因為蛋里的胚胎需要從外界的空氣呼吸氧氣，而這一交換過程在海水中極為緩慢。這似乎意味著同時具有胎生和性別基因決定機制的爬行動物應(yīng)該更為適應(yīng)開闊海洋中的生活。該研究所進行的譜系模擬支持上述假設(shè)，幫助像恐頭龍這樣的爬行動物成為統(tǒng)治中生代海洋的霸主。

對恐頭龍的分析顯示，在初龍型動物中沒有內(nèi)在的遺傳或者發(fā)育機制阻止胎生在這一類群中的演化。這一重要發(fā)現(xiàn)將使得學(xué)界目前的研究重心從對什么因素限制了胎生在初龍型動物中的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)移到探討自然選擇在初龍型動物演化出胎生中所扮演的角色。