化石

2011-01-17 03:17
生物进化 2011年4期
关键词:哺乳动物琥珀足迹

原角龙的亲代养育

原角龙(Protoceratops)在希腊文中意为“第一个有角的脸”,属于原角龙科,生存于晚白垩世的蒙古地区。原角龙身长1.5到2米,体型接近绵羊。根据体型,研究者已经识别出两种原角龙:安氏原角龙(P.andrewsi)和巨鼻原角龙(P.hellenikorhinus),已发现数十具原角龙标本。原角龙的模式种安氏原角龙发现于1922年,在1923年被正式描述。经过长达近一个世纪的研究,人们对原角龙有了相当深入的认识,但它们身上依然还有许多不为人知的秘密。科学家已经发现,在几乎所有的恐龙大类群中,都发现了从胚胎到幼体各个阶段的化石材料。在一些情况下,基于长骨的骨化程度,小恐龙被认为是孵化后不久就离开巢穴。相对而言,基于长骨的骨化程度和其他信息,一些鸟臀目恐龙的类群被认为成年恐龙具有护巢照顾幼年个体的行为。最近,研究者报道了一窝幼年原角龙(Protoceratopscf.andrewsi)化石组合。这一组合包含15个完整的幼年个体,可能位于一个巢穴中。从这些个体的大小和发育程度来看,很有可能幼年原角龙至少在出生后的发育早期阶段是呆在巢穴中的。这些标本确证了幼年恐龙在孵化出后会呆在巢中一段时间的观点,因此说明在角龙亚目中亲代养育和社会性在系统发育上出现的较早。这又反过来说明亲代养育是角龙类恐龙的基本行为特征。(Journal of Paleontology 2011,85:1035—1041)

蛾蚋科昆虫在亚洲的首次发现

抚顺西露天煤矿是我国最大的琥珀产地,也是我国唯一的含虫琥珀产地。抚顺琥珀的时代为早始新世,昆虫类群多样性较高。近日,中国科学院南京地质古生物研究所的研究者首次在抚顺琥珀中发现双翅目蛾蚋科昆虫,同时发现与昆虫伴生的还有孢粉、有壳变形虫(testate amoeba)等微体化石。现生蛾蚋科是卫生间常见的昆虫,一般喜欢生活在温暖、潮湿的环境中,部分种类可传播各种热带疾病。其中Trichomyiinae亚科化石主要产出于欧洲波罗的海琥珀和中美洲的墨西哥琥珀。本次发现的抚顺标本与时代相近的波罗的海琥珀标本差异较大,但与最早的、产自法国晚白垩世琥珀中的Trichomyiinae亚科化石较为类似。本次发现的化石标本也是Trichomyiinae亚科在亚洲的首次化石记录,研究表明至少在早始新世时期此类群已在全球广泛分布。(Journal of Paleontology 2011,85:1154—1159)

奇特的史前哺乳动物

虽然哺乳动物几乎同时与恐龙一起起源于2亿多年前,但来自恐龙时代的哺乳动物化石非常稀少。此外,中生代哺乳动物化石大多数为离散的牙齿和破碎的颌骨,完整的头骨或骨架非常罕见。这就使得我们对于哺乳动物进化历史的前三分之二(从最早的哺乳动物化石记录出现的大约2.2亿年前到恐龙灭绝的6550万年前)的认识极为不完整。有鉴于此,发现一具保存相对完整的中生代哺乳动物头骨是古生物学界的一件大事。对于南美地区来说尤为如此,到目前为止,仅有一件中生代哺乳动物保存了完整的头骨和骨架,其他的几种都仅是离散的牙齿和颌骨。最近,美国肯塔基州路易斯维尔大学的古生物学家吉勒莫—罗杰尔等描述了第二种保存完好头骨和颌骨的南美中生代哺乳动物,化石出土于阿根廷晚白垩世早期的地层(大约1亿年前),之前在这个大陆上还没有这一时期之前的哺乳动物记录。研究者根据其特征,将之命名为利齿异兽(Cronopio dentiacutus),属名来自于小说中虚构的奇异生物。利齿异兽是迄今发现的南美晚白垩世早期的第一种哺乳动物化石,包括两块不完整颅骨和颌骨,牙齿和头盖骨特征在中生代其他哺乳动物中都未曾见过,例如单根臼齿位于双根前臼齿之后。除此以外,它还拥有非常长的口鼻部、极长的牙齿,并有证据证明它还长着专门化颌骨。一方面,新哺乳动物具有劳伦大陆侏罗纪磔齿兽的衍生特征,另一方面又非常特化,说明南美白垩纪的磔齿兽动物群极具地方色彩和多样化。利齿异兽属于磔齿兽超目,它的成员被认为与现代的真兽类是近亲。磔齿兽类是一类已灭绝的哺乳动物,属于产生了现代有袋类和有胎盘类的支系,其化石之前主要发现于北方大陆,但利齿异兽的发现,加上在巴塔哥尼亚7000万年前的地层中发现的牙齿和颌骨,显示这类哺乳动物在白垩纪的南方大陆也发生了重要的进化辐射(分类多样性的增加)。令人印象最深刻的是,利齿异兽第一次提供了磔齿兽类的完整犬齿形态。它还揭示了在磔齿兽类向真兽类进化的过程中头骨进化的一些步骤。基于牙齿的形态,可知晚白垩世期间磔齿兽类在巴塔哥尼亚种类繁多,生态多样化,一些属延续到了早第三纪(65.5到2.6百万年前)。因此新发现将这一类群在南美的地层记录向后推了大约3000万年(Nature 2011,479:51—52;98—102)

五亿年前的“千足虫”

世界著名的化石生物群布尔吉斯生物群发现于一百多年前,是窥视寒武纪生物大爆发的重要窗口,时至今日,依然还有令我们惊奇的发现。特异保存的软体组织令科学家可以解读早期后生动物的生命模式和古生态信息。遗迹化石虽然不如实体化石那么亮眼,但却能为认识已灭绝的动物的行为提供直接证据。最近,研究者报道了布尔吉斯页岩中的第一份节肢动物遗迹化石。通过对众多底栖布尔吉斯节肢动物的功能形态和遗迹特征的分析,研究者提出tegopeltid的身体构造与之符合。Tegopelte是布尔吉斯页岩中比较稀少的动物之一,比这里发现的其他底栖节肢动物大两倍,只有中国澄江生物群中的谜虫(Saperion)可以与之相匹敌。对遗迹的生物力学分析说明,tegopeltids能够快速地掠过海底,从而支持了对于这类节肢动物运动能力和猎食生活模式的推测。遗迹保存在布尔吉斯页岩组的最古老的部分,原先在其中很少发现软躯体生物,说明至少海底的水体会间断性充氧,沉积速率很慢。(Proc.R.Soc.B,doi:10.1098/rspb.2011.1986)

八臂仙母虫的新发现

八臂仙母虫是产自伊迪卡拉纪地层的一种古老化石生物,生活的年代大约是距今5.51亿—5.8亿年。八臂仙母虫在我国贵州、湖北,以及澳大利亚均有发现。近两年,我国古生物学者在贵州铜仁江口地区通过系统发掘,采集到形态特征保存更加明显、完整的八臂仙母虫化石。研究表明,八臂仙母虫是八辐射对称的,可以被划分为八个对等的部分,这与现代栉水母完全类似。根据身体构造的对称情况,后生动物可分为不对称动物、辐射对称动物和两侧对称动物。其中刺胞动物门、栉水母动物门、棘皮动物门都属于辐射对称动物。在动物系统树的基部,栉水母动物与其他两大类群相邻,但它们演化出现的先后位置在学术界一直存在争议。通常海绵被认为首先分化出来,其次是刺胞动物即水母动物,然后才是栉水母。新材料表明,八臂仙母虫可能代表一个原始类群的栉水母动物,是已知最老的栉水母动物化石。栉水母类是除了海绵动物以外,后生动物谱系中最早出现的类群之一,八臂仙母虫为栉水母处于更为原始位置的观点加重了砝码。同时,这一研究成果将栉水母动物的最早化石记录从“澄江生物群”的寒武纪早期推前了大约三千万年。(Evolution&Development 2011,13:408—414)

1.2亿年前的怀孕蜥蜴化石

胎生是动物界生殖方式的一大进化革新,尽管胎生通常是与哺乳动物联系在一起的,但在现生有鳞类爬行动物中有大约五分之一的种类也是胎生的。有鳞类是现代爬行动物中最为兴盛的一个类群,如蜥蜴、蛇均属之。系统发育的分析显示,胎生这一特征在有鳞目中进化了100多次,比在脊椎动物其他所有支系中进化次数的总和还多。然而,对于这种特征的古老性依然存在争议。不久之前,有鳞类胎生的唯一的、直接的化石证据来自晚白垩世的特化海生爬行动物——沧龙。最近,研究者在中国辽西早白垩世地层中发现了一种更为一般化的蜥蜴类矢部龙(Yabeinosaurus)的标本,此标本记录了迄今为止发现的有鳞类胎生的最早记录。怀有身孕的母龙腹内含有15多个幼体,根据其骨骼的发育水平看,它们属于胚胎后期。这些标本是第一次在陆生化石爬行动物中记录胎生,将有鳞类胎生现象的历史记录至少延长了3000万年。(Naturwissenschaften 2011,98:739—743)

始鳍龙类新属种

近期,中国古生物研究者根据采自云南省罗平县中三叠世关岭组上段一保存完整的骨骼描述建立了鳍龙类的一新属新种:利齿滇东龙(Diandongosaurus acutidentatus)。鳍龙类是爬行动物双孔类中的一个分支类群,包括三叠纪的楯齿龙类、肿肋龙类和幻龙类,及侏罗纪、白垩纪的蛇颈龙类和上龙类。利齿滇东龙既具有肿肋龙类的典型特征,同时又具有幻龙类的典型特征。系统发育分析表明,滇东龙既不是肿肋龙类,也不是幻龙类,它可能与由乌蒙龙、幻龙类和传统的肿肋龙类所构成的分支亲缘关系最近,为始鳍龙类的原始类群。利齿滇东龙的发现为鳍龙类的演化、动物地理和生物多样性研究提供了新材料。(古脊椎动物学报 2011,49:155—171)

西伯利亚寒武纪节肢动物外骨骼的结构

亲藻虫(Phytophilaspis)是一种鲜为人知、分类位置不明确的重要的寒武纪节肢动物之一。1999年,亲藻虫被发现于俄罗斯西伯利亚寒武纪第二统地层中,当时,由于其形状怪异,文章发表后,化石的真实性颇具争议。此外,绝大多数的寒武系特异埋藏化石群,如澄江生物群、凯里生物群和布尔吉斯页岩生物群等,都是保存在质地细腻的陆源碎屑岩中,但亲藻虫却是保存在灰岩之中。来自中国科学院南京地质古生物研究所为首的研究小组发现,亲藻虫外骨骼是以三维的方式保存,比其它布尔吉斯页岩型节肢动物化石保留更多的讯息。虽然亲藻虫和同层出现的三叶虫大小和立体感类似,但亲藻虫却有一层绝大多数三叶虫都没有的磷酸钙化外骨骼。经过仔细切片、电镜扫描元素分析和与现生物种交叉对比,发现这层磷酸钙化外骨骼是原生而非次生的。对亲藻虫的研究结果显示,早期节肢动物磷酸钙化外骨骼的演化并不是一次性的同源演化事件。(Lethaia 2011,44:344—349)

早期被子植物研究新进展

被子植物又称有花植物,与包括人类在内的哺乳动物的兴衰密切相关,因而其起源和早期演化长期以来倍受古植物学家的关注。十余年来,我国科学家先后在辽宁朝阳的义县组地层中发现了梁氏朝阳序、辽宁古果、中华古果、始花古果、十字中华果、迪拉丽花等早期被子植物化石,为揭示被子植物的早期演化作出了巨大的贡献。近期,中国科学院南京地质古生物研究所的研究者又报道了在辽西北票地区黄半吉沟发现的被子植物化石。瓶状辽宁果(Liaoningfructu ascidiatus)保存的是该植物的果实,据推断它的心皮属于瓶状类型。心皮是植物进化的产物,是被子植物特有的器官。传统的被子植物演化理论认为,像豆荚状的对折心皮是最原始的,而且认为对折心皮中的边缘胎座是最原始的胎座形式。近年来对于被子植物的系统学研究表明,瓶状心皮和基生胎座都应当出现在原始的早期被子植物中,但这一观点此前一直缺乏相应的化石证据支持。瓶状辽宁果的产出地层在地质学上称为义县组,时代上属于早白垩世,形成于1.25亿年前。瓶状心皮和基生胎座在早白垩世的瓶状辽宁果中的出现,充分说明被子植物起源的时代应该早于早白垩世 。(Acta Geologica Sinica 2011,85:998—1002)

琥珀中中生代羽毛

学术界的主流观点认为,鸟类是由长有羽毛的小型恐龙进化而来的。中国和西班牙等地出土的可能带有羽毛的恐龙化石为这种理论提供了证据。羽毛是鸟类的象征和骄傲,但关于羽毛的进化和早期羽毛的作用,学术界存在很多争议。一些学者认为,早期恐龙身上羽毛的伪装作用大于飞行作用,不能成为鸟类由恐龙进化而来的证据。早期羽毛的化石记录主要是碳化的压痕,缺乏详细结构。保存在琥珀中的标本则能完美展现羽毛的本来面貌,但这样的化石十分罕见。近期,研究者在加拿大西部含煤的晚白垩世地层中发现了大量保存有丰富的、多样化的中生代羽毛的琥珀。一些羽毛的结构非常原始,非常接近于飞鸟类恐龙的原羽毛,为认识它们的结构和功能提供了新视角。这批含羽毛的琥珀形成于距今大约7000万年前,其中的羽毛种类繁多,而距今大约9000万年的羽毛种类则相对单一。如此多样的早期羽毛的发现,意味着羽毛在恐龙灭绝前正持续向现代结构进化。(Science 2011,333:1619—1622)

科学家发现远古蛇颈龙化石

大约2.05亿到6500万年前,蛇颈龙生活在世界各地的海洋里,中侏罗世时期,它们扩展到南半球。这类动物体型各异,样貌不一,不过它们大部分都长着小小的脑袋、长长的脖子和大大的身体。虽然今天的南极一片冰天雪地,但在遥远的白垩纪,这里却属于温带气候,蛇颈龙也在这里繁衍生息。研究者从2006年到2007年在南极洲罗斯岛上探险期间收集的超过2.5吨化石和岩石,经过仔细搜寻,从中找到了一些属于蛇颈龙的椎骨、颅骨和鳍状肢化石碎片。虽然通过这些骨骼残片还无法确定它属于哪种蛇颈龙,但可以推算出其体长在6到7米之间。这些化石形成于8500万年前,比以前认为的海洋爬行动物在南极出现的时间早1500万年。(Polar Research 2011,30,7265,DOI:10.3402/polar.v30i0.7265)

恐龙戏水?

位于河北省西北部赤城县的凤凰山一带,当地祖祖辈辈流传着这样的说法:“这里风水好,是凤凰落脚的地方”,“在东边的山坡上亲眼看见了凤凰的脚印”。2001年2月,任职于赤城县职业技术教育中心、偏爱历史地理和地名学科的孙登海,经过现场寻访,在落凤坡的山坡上发现了恐龙足迹化石。这批足迹化石引起国内古生物学界的积极关注,我国著名恐龙专家董枝明教授,日本福井县立恐龙博物馆东洋一馆长等学者专家先后多次前往考察。后来,研究者在当地国土部门的支持下,考察了凤凰山一带的多处恐龙足迹化石点,几乎分布于整个山坡,并在其中一处发现了极为珍贵的恐爪龙类足迹,足迹随后被命名为中国猛龙足迹。研究者通过对足迹化石逐一拍照、绘图和翻模等一系列详尽研究,注意到一批只有趾痕,而没有脚后跟的奇怪足迹。从足迹看,这些恐龙足迹的主人大约可分为3大类,分别是大型、小型的兽脚类和游泳足迹。其中小型兽脚类的足迹占了绝大多数,足迹基本为三趾型,两足行走,趾端有明显的爪迹。一般来说,其第Ⅲ趾最大,第Ⅱ趾及第Ⅳ趾较小,第Ⅰ趾更小或者消失。研究者这批足迹的主要分子归入窄足龙足迹(Therangospodus isp.,这种足迹最大的特征是粗壮的脚趾呈雪茄状。窄足龙足迹的造迹者下水后,在湖底留下爪子的刮痕,随着湖泊深度的增加,它们脚部所能接触到的水底越来越少,足迹逐渐变弱,三个趾头也不能完整留存,而当初这些不起眼的痕迹如今却成为恐龙戏水的证据(古脊椎动物学报 2011,49:423—434)。

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