在生物界漫長(zhǎng)的優(yōu)勝劣汰進(jìn)化進(jìn)程中，個(gè)體發(fā)育模式對(duì)于生物的適應(yīng)能力影響至關(guān)重要。

近日，英國(guó)《系統(tǒng)古生物學(xué)》發(fā)表了周忠和課題組有關(guān)原始鳥(niǎo)類(lèi)個(gè)體發(fā)育的新成果。

研究者通過(guò)對(duì)一件新發(fā)現(xiàn)的古喙鳥(niǎo)化石標(biāo)本進(jìn)行骨組織學(xué)和形態(tài)學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在數(shù)千萬(wàn)年的進(jìn)化過(guò)程中，今鳥(niǎo)型類(lèi)由緩慢且多次間斷的生長(zhǎng)模式演化出快速而連續(xù)的模式，而發(fā)育模式的改變也是其能夠在白堊紀(jì)生物大滅絕中幸存下來(lái)的關(guān)鍵因素之一。

幸免于難源于發(fā)育模式改變

該課題組副研究員王敏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，古喙鳥(niǎo)是目前已知最原始的今鳥(niǎo)型類(lèi)，而所有的現(xiàn)生鳥(niǎo)類(lèi)都屬于今鳥(niǎo)型類(lèi)。此次成年古喙鳥(niǎo)個(gè)體新標(biāo)本的發(fā)現(xiàn)，表明了原始的今鳥(niǎo)型類(lèi)具有緩慢且發(fā)生多次停滯的生長(zhǎng)模式，而快速且連續(xù)的生長(zhǎng)模式是在今鳥(niǎo)型類(lèi)后期的演化歷史中出現(xiàn)的。

此次周忠和課題組的研究，發(fā)現(xiàn)了作為最原始的今鳥(niǎo)型類(lèi)，古喙鳥(niǎo)的長(zhǎng)骨骨璧主要由平行纖維骨構(gòu)成，發(fā)育了內(nèi)環(huán)和外環(huán)骨板，并且具有三條生長(zhǎng)停滯線(xiàn)。這樣的骨組織結(jié)構(gòu)，表明了一種慢速并發(fā)生多次生長(zhǎng)停滯的個(gè)體生長(zhǎng)模式，說(shuō)明古喙鳥(niǎo)至少需要三年的時(shí)間才能達(dá)到成年，與反鳥(niǎo)類(lèi)、始祖鳥(niǎo)和熱河鳥(niǎo)完全相同。而在晚白堊世，科學(xué)家們已經(jīng)確認(rèn)，一些更為進(jìn)步的今鳥(niǎo)類(lèi)型已經(jīng)能夠像現(xiàn)生鳥(niǎo)類(lèi)那樣，快速而連續(xù)地生長(zhǎng)，在不到一年的時(shí)間就達(dá)到成年。

通過(guò)對(duì)古喙鳥(niǎo)成年新標(biāo)本的研究，科研人員得出結(jié)論，在今鳥(niǎo)型類(lèi)和作為繁盛于中生代的反鳥(niǎo)類(lèi)共同演化的6500萬(wàn)年歷史長(zhǎng)河中，相較于今鳥(niǎo)型類(lèi)的發(fā)育模式改變，反鳥(niǎo)類(lèi)始終保持著原始、緩慢且多次間斷的個(gè)體生長(zhǎng)模式。因此，他們認(rèn)為，今鳥(niǎo)型類(lèi)和反鳥(niǎo)類(lèi)的個(gè)體發(fā)育模式演化分異，有可能是兩個(gè)類(lèi)群在白堊紀(jì)生物大滅絕中發(fā)生不同響應(yīng)的眾多因素之一。

判斷古喙鳥(niǎo)成年個(gè)體的依據(jù)

只有判斷出此次新發(fā)現(xiàn)的古喙鳥(niǎo)標(biāo)本來(lái)自于成年古喙鳥(niǎo)，周忠和研究組才能判斷出相較于后期的現(xiàn)生鳥(niǎo)類(lèi)，古老的今鳥(niǎo)型類(lèi)的生長(zhǎng)速度是較為緩慢的。

“對(duì)新發(fā)現(xiàn)的成年古喙鳥(niǎo)標(biāo)本，我們判斷其為成年個(gè)體的依據(jù)是：主要的復(fù)合骨已經(jīng)愈合，如腕掌骨、脛跗骨、跗蹠骨和尾綜骨；此外，骨骼的骨化程度是否高也是判斷依據(jù)之一，新標(biāo)本具體表現(xiàn)為骨壁較為光滑、長(zhǎng)骨兩端的關(guān)節(jié)面骨化完全，說(shuō)明骨化程度較高；骨組織結(jié)構(gòu)也確認(rèn)了其為成年個(gè)體，例如發(fā)育內(nèi)環(huán)骨板和外環(huán)骨板，這是從骨組織學(xué)角度判斷成年個(gè)體最為廣泛接受的特征?！蓖趺艚榻B，不僅如此，對(duì)成年個(gè)體古喙鳥(niǎo)的研究中，他們還使用了包括形態(tài)對(duì)比，如與幼年、亞成年個(gè)體的比較以及形態(tài)特征受個(gè)體發(fā)育的影響大小等方法。

“骨組織學(xué)研究總的來(lái)說(shuō)就是通過(guò)骨骼的顯微結(jié)構(gòu)，獲得有關(guān)生物生長(zhǎng)方面的信息。已經(jīng)絕滅的史前生物，特別是脊椎動(dòng)物，通常情況下，只有骨骼得以保存，因此有關(guān)其個(gè)體發(fā)育方面的信息更多的是依賴(lài)于骨骼，骨組織學(xué)近年來(lái)在古生物學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用?！敝苤液脱芯繂T告訴記者，通過(guò)骨組織學(xué)的研究，可以幫助科研人員回答很多問(wèn)題，如個(gè)體在死亡時(shí)處于什么生長(zhǎng)階段，是幼年，還是亞成年或是成年？因?yàn)樵诓煌膫€(gè)體發(fā)育階段，骨骼的顯微結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的。

骨組織學(xué)的研究還能提供有關(guān)生物生長(zhǎng)過(guò)程的信息。比如多數(shù)的爬行動(dòng)物，如魚(yú)、兩棲類(lèi)、蜥蜴等。在其骨骼的橫切面上具有多條同心圓狀的“生長(zhǎng)停滯線(xiàn)”，反映了其在生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)周期性地發(fā)生生長(zhǎng)停滯，這些生長(zhǎng)停滯線(xiàn)的數(shù)目還能反映古生物的年齡。

此外，王敏還介紹，對(duì)個(gè)體發(fā)育階段的判斷對(duì)古生物的研究是很有必要的，因?yàn)楣派镅芯康囊粋€(gè)重要部分就是分類(lèi)，而分類(lèi)的依據(jù)是生物的形態(tài)特征。在個(gè)體發(fā)育的過(guò)程中，形態(tài)特征會(huì)受到個(gè)體發(fā)育的直接影響。

對(duì)認(rèn)識(shí)鳥(niǎo)類(lèi)演化有突出意義

現(xiàn)生鳥(niǎo)類(lèi)中，除了個(gè)別屬種外，都是能夠快速而連續(xù)的生長(zhǎng)，在不到一年的時(shí)間里便達(dá)到成年階段，這樣迅速的生長(zhǎng)方式在脊椎動(dòng)物里是非常特別的。

然而對(duì)于距今1.5億年前至1.2億年前的原始鳥(niǎo)類(lèi)的研究，如始祖鳥(niǎo)、熱河鳥(niǎo)、會(huì)鳥(niǎo)和古喙鳥(niǎo)等，王敏等人發(fā)現(xiàn)這些原始鳥(niǎo)類(lèi)生長(zhǎng)是極其緩慢的，而其在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生多次的生長(zhǎng)停滯，需要若干年才能達(dá)到成年階段。

“這樣的生長(zhǎng)方式更接近于爬行類(lèi)特別是恐龍，說(shuō)明鳥(niǎo)類(lèi)在漫長(zhǎng)的演化中，其生長(zhǎng)速率有加快的趨勢(shì)。但究竟這一演化過(guò)程是如何發(fā)生的，或者在哪些原始鳥(niǎo)類(lèi)類(lèi)群中最先出現(xiàn)，科學(xué)界還不是很清楚。此次對(duì)成年古喙鳥(niǎo)的研究恰恰增進(jìn)了人們?cè)谶@方面的認(rèn)識(shí)?！敝苤液瓦€告訴記者，由于骨組織學(xué)的研究對(duì)化石標(biāo)本有一定程度的破壞，因此目前僅有少數(shù)的原始鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行了骨組織學(xué)的研究，所以此次對(duì)成年古喙鳥(niǎo)的研究是非常有意義的。

由于不同個(gè)體或者同一個(gè)體的不同骨骼，骨組織結(jié)構(gòu)都有差異，這就要求科研人員未來(lái)需要對(duì)大量標(biāo)本進(jìn)行骨組織取樣研究，從而積累信息。此次研究組對(duì)原始鳥(niǎo)類(lèi)個(gè)體發(fā)育過(guò)程的研究還處于初步階段，還有很多問(wèn)題尚待解決。