從恐龍到鳥(niǎo)，為何演化變慢？

生命演化史上有一些重要的節(jié)點(diǎn)事件，比如頜的出現(xiàn)、魚(yú)類(lèi)登上陸地、爬行動(dòng)物飛上藍(lán)天等。過(guò)去，科學(xué)家理所當(dāng)然地認(rèn)為，當(dāng)這類(lèi)具有“演化革新”意味的特征或者形態(tài)功能在某一類(lèi)群中剛剛出現(xiàn)時(shí)，該類(lèi)群的演化速率會(huì)變快，多樣性也會(huì)增加。原因是，這些“革新”能夠幫助生物快速進(jìn)入新的生態(tài)位。

中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所研究員王敏一直從事早期鳥(niǎo)類(lèi)演化研究，然而根據(jù)他觀察到的中生代鳥(niǎo)類(lèi)化石標(biāo)本顯示，剛飛上藍(lán)天的早期鳥(niǎo)類(lèi)，其多樣性似乎并不高。于是，他對(duì)演化生物學(xué)的這個(gè)“常識(shí)”重新進(jìn)行了求證，而結(jié)果也確實(shí)與先前的認(rèn)知大相徑庭。6月5日，相關(guān)研究成果發(fā)表在了《自然·生態(tài)與進(jìn)化》。

恐龍到鳥(niǎo)是脊椎動(dòng)物演化史上最為震撼的事件之一，這一過(guò)程涉及了大量骨骼系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)和表皮衍生物等結(jié)構(gòu)的變化，而這些變化多數(shù)都與飛行的起源相關(guān)。

“其中最關(guān)鍵的變化，就是以肢骨長(zhǎng)度所代表的體型改變?！蓖趺艚榻B說(shuō)，比如，從整體趨勢(shì)看，在演化譜系中，和鳥(niǎo)類(lèi)關(guān)系更近的獸腳類(lèi)恐龍有著相對(duì)更長(zhǎng)的前肢。

按照過(guò)去的猜想，早期鳥(niǎo)類(lèi)的肢骨演化速率會(huì)比較快，整體多樣性也應(yīng)該比較高?？墒牵芯咳藛T系統(tǒng)比較了鳥(niǎo)類(lèi)、非鳥(niǎo)類(lèi)副鳥(niǎo)類(lèi)、和非副鳥(niǎo)類(lèi)獸腳類(lèi)恐龍這3個(gè)類(lèi)群的肢骨多樣性，發(fā)現(xiàn)早期鳥(niǎo)類(lèi)肢骨的整體多樣性竟然是最低的，而非副鳥(niǎo)類(lèi)獸腳類(lèi)恐龍是最高的，這種差異主要反映在前肢上。

研究人員又對(duì)包括鳥(niǎo)類(lèi)在內(nèi)的中生代獸腳類(lèi)恐龍肢骨的演化速率進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果也出現(xiàn)了相似的規(guī)律。前后肢整體的演化速率在接近鳥(niǎo)類(lèi)的起源節(jié)點(diǎn)時(shí)反而是變慢了，而這種趨勢(shì)在前肢上表現(xiàn)的最為明顯。

朱氏克拉通鷙復(fù)原圖 趙闖 繪制

如何解釋早期鳥(niǎo)類(lèi)在肢骨形態(tài)上多樣性的貧瘠，以及演化速率的降低？

王敏認(rèn)為，這一現(xiàn)象主要是受到鳥(niǎo)類(lèi)前肢的“拖累”?！霸谠缙邙B(niǎo)類(lèi)演化中，飛行具有很強(qiáng)的自然選擇作用。因此，原始鳥(niǎo)類(lèi)的前肢只能夠在適合空氣動(dòng)力學(xué)作用的框架下發(fā)生有限的變化。”

“隨著許多和飛行相關(guān)的進(jìn)步特征，例如和飛行精細(xì)動(dòng)作完成相關(guān)的肌肉、韌帶、骨骼的關(guān)節(jié)方式等在演化后期的出現(xiàn)，鳥(niǎo)類(lèi)前肢的變化才能突破‘瓶頸’，最終演化出現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)所呈現(xiàn)的形態(tài)多樣的前肢結(jié)構(gòu)。”

王敏舉例，后期有一些高度特化的鳥(niǎo)類(lèi)，比如魚(yú)鳥(niǎo)和黃昏鳥(niǎo)，它們能夠在海洋中進(jìn)行“潛水”飛行，而這種獨(dú)特的生活方式，跟它們細(xì)微的肌肉、韌帶、骨骼的關(guān)節(jié)方式的演化密切相關(guān)，他們比早期鳥(niǎo)類(lèi)更有能力突破肢骨帶來(lái)的限制。

“當(dāng)生物在獲得了某種重要的特征、功能時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)物種的發(fā)展產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。但這項(xiàng)研究告訴我們，我們還需要精細(xì)地區(qū)分，這種促進(jìn)作用在不同的演化時(shí)間階段所產(chǎn)生的影響是不同的?！蓖趺舯硎?。