咬食最初从水生物种进化而来

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  美国芝加哥大学的一项化石研究发现,生存于泥盆纪晚期早已灭绝的早期鱼类——提塔利克鱼在进食过程中既能咬又能吸,类似于现代的鱼。此项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究证明,咬食最初是从水生物种进化而来,之后才被改用于陆地。

  论文高级作者、芝加哥大学生物学与解剖学教授尼尔·舒宾博士说,提塔利克鱼的扁平颅骨让人联想到鳄鱼,它是一种“正处于从水上生命过渡到陆地生命的‘风口浪尖’的物种”。研究其化石遗迹可为了解陆地生命最初的主要特征如何演变提供新的见解。

  研究人员解释说:“水与空气不同,它更稠密、更黏稠。这给首次离开水域踏上陆地的动物带来独特的问题,包括运动、繁殖、维持体内平衡、感官信息处理以及进食方面的挑战。如果你不能自己在陆地上进食,你又怎么能在陆地上存活?”

  大多数水生脊椎动物使用吸食来将猎物送入口中。为了产生吸力,许多种类的鱼可以横向扩展其颅骨,张开嘴巴并产生负压。颅骨相对于彼此的这种运动被称为颅运动。

  研究人员称,吸食在陆地上是无效的,因为它无法远距离起作用,而且很难建立吸取食物所需的压力密封。因此,陆生脊椎动物不得不转向其他方法来捕获猎物。但是表明这种转变如何发生的化石证据有太多,远非从鳍过渡到肢体那么简单。于是,他们专门研究了提塔利克鱼颅骨中将骨头集合在一起的骨缝,以观察颅骨的使用方式。

  研究小组使用了先进的新型计算机断层扫描(CT)分析来对提塔利克鱼颅骨的形态进行详细检查,鉴别出其他技术未曾发现的滑动关节等关键新特征,滑动关节为动物横向扩展其颅骨以产生吸力提供了必要的颅运动。

  研究人员注意到,提塔利克鱼与鳄鱼的颅骨存在明显相似之处,鳄鱼是一种“活化石”物种,以前被认为仅使用横向捕捉动作捕获猎物。在2019年的一项研究中,研究人员发现,鳄鱼在进食时可以同时使用侧向咬合和吸力,这要归功于其颅骨独特的滑动关节,有助于在咬食时产生吸力。

  这些相似之处使研究人员相信,提塔利克鱼也可能以同样的方式进食,这表明这种适应性可能在动物移居陆地很久之前就进化完成了。舒宾博士说:“真正令人惊讶的是,四足动物在陆地上使用的每一项创新,每一项发明,最初都以某种形式出现在鱼类中,包括肺、附肢,现在则以进食的形式出现。”

  更好地了解提塔利克鱼的生物学特征和行为,除了帮助人们了解鱼类祖先的进化之外,还可以为解剖结构和发育提供新的见解。在分析提塔利克鱼颅骨的运动范围时,似乎移动最多的3根骨头最终进化整合为哺乳动物耳中的骨头。

  研究人员表示:“提塔利克鱼的那3根骨头是我们用来听声音的。现代哺乳动物还维持着那么一点颅运动学!”

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