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自然科普：進(jìn)化史被刷新！有鱗類動(dòng)物的起源終于有答案了
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????近日，科學(xué)家們在國際期刊《Nature》上發(fā)表的一篇關(guān)于史前爬行動(dòng)物?Megachirella wachtleri?化石的古生物論文使?fàn)幾h多年的問題，即有鱗類動(dòng)物起源，有了答案：這塊化石發(fā)現(xiàn)于意大利阿爾卑斯山脈，其代表著爬行動(dòng)物中一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的已滅絕的物種。但是這塊化石遠(yuǎn)不止這么簡單。它的出土顛覆了我們之前對于有鱗類動(dòng)物的起源與進(jìn)化的認(rèn)知，并為科學(xué)家們研究有鱗類進(jìn)化的過程提供了重要的線索。
有鱗目：爬行動(dòng)物中涵蓋物種最多的類群
???有鱗類動(dòng)物是地球生物圈中不可或缺的一部分。在地球生物進(jìn)化的過程中，其作為爬行動(dòng)物中最具物種多樣性的類群之一，有著悠久的歷史和眾多令人不可思議的成員。并且，在地球的生態(tài)系統(tǒng)中，它們在不同的生存環(huán)境中扮演著重要的角色。
當(dāng)今世界上，有鱗類動(dòng)物的分布范圍非常的廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，它們的足跡遍布在當(dāng)今除南極洲外的每個(gè)大洲上3。它們有的生活在干旱的大漠，有的生活在溫暖潮濕的雨林，有的生活在浩瀚的海洋中。不只如此，根據(jù)化石記錄，它們在在遙遠(yuǎn)的中生代晚期更是遍布在每一塊大陸上和每一片大洋中。
現(xiàn)存的有鱗類動(dòng)物包括我們熟悉的蛇與蜥蜴，同時(shí)還包括一種奇特的生物類群——蚓蜥。蚓蜥類是有鱗目下的一個(gè)亞目，這類動(dòng)物外表似蛇類，沒有四肢，但卻與蛇類以及蜥蜴類在形態(tài)特征上有著本質(zhì)的區(qū)別。它們通過挖洞生活在地下，視覺與聽覺已高度退化。另一方面，在遙遠(yuǎn)的古代，有鱗類則包含著更多的物種。在白堊紀(jì)末期隨恐龍一起滅絕的滄龍便是地球上已知的曾存在過的最大的有鱗類動(dòng)物。
有鱗類動(dòng)物，是獵物還是獵手？
???我們所熟知的蜥蜴類與蛇類中，很多都是以昆蟲類、兩棲類、爬行類和哺乳類動(dòng)物為食的肉食性動(dòng)物，它們都是天生的殺手。其中如科莫多巨蜥，眼鏡王蛇等掠食者更是占據(jù)著食物鏈的頂端。并且，有鱗目的動(dòng)物還具有現(xiàn)今其它爬行類動(dòng)物所不具備的獨(dú)門武器——生物毒素。
據(jù)悉，在現(xiàn)生的所有爬行動(dòng)物中，只有有鱗目的成員具有毒腺，并且它們所具備的生物毒素的毒性極強(qiáng)。據(jù)估計(jì)，世界最毒陸棲毒蛇——內(nèi)陸太攀蛇的毒素對一個(gè)70kg的成年人的致死劑量約為1.75mg（LD50=0.025mg/kg），2而這種蛇平均一次的毒素注入量約為44mg，最大為110mg。
科莫多巨蜥（Varanus komodoensis）（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Komodo_dragon#/media/File:Komodo_dragon_with_tongue.jpg）?
不過要談到有鱗類動(dòng)物中頂級的獵手，那就一定少不了一個(gè)古代的龐然大物——滄龍。滄龍雖然已經(jīng)在白堊紀(jì)末期滅絕。但它絕對是有鱗類動(dòng)物演化史上中最成功的物種之一。它們生活在晚白堊紀(jì)（約7000萬至6500萬年前）的各個(gè)大洋中。據(jù)研究，滄龍位于當(dāng)時(shí)食物鏈的頂端，以其它一切海洋生物為食，甚至?xí)C殺體型比自己小的其它滄龍。而另一方面，滄龍偶爾也會(huì)捕食靠近水邊的陸棲恐龍。目前已知的最大滄龍?bào)w長約為21m，是當(dāng)時(shí)世界海洋中當(dāng)之無愧的霸主。
滄龍。（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Mosasaurus#/media/File:Mosasaurus_beaugei1DB.jpg）
雖然有鱗類動(dòng)物中有很多致命的獵手，但是有些有鱗類動(dòng)物則是人畜無害的的素食主義者。例如北美的綠鬣蜥便是典型的食植性蜥蜴。其成年個(gè)體體長可達(dá)到近兩米，體重近10公斤，然而這碩大的體格卻僅靠吃植物來維持。
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北美綠鬣蜥（Iguana iguana）（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Iguana#/media/File:Iguana_iguana_eating_Mangifera_indica_from_Venezuela.jpg）
撲朔迷離的起源終于有了答案
雖然有鱗類動(dòng)物的種類繁多，但是它們身上依舊有許多未知的謎團(tuán)沒有解開。其中，一直困擾科學(xué)家們很久的一個(gè)問題就是它們到底從哪里來？又是如何進(jìn)化發(fā)展到如今如此繁多的物種的？而了解它們的起源則對于學(xué)習(xí)它們的進(jìn)化與物種多樣性有著極為重要的意義。
在科學(xué)界，關(guān)于這些問題的爭議從未停止過。這些爭議主要是由于通過分子鐘所預(yù)測的有鱗類動(dòng)物起源年代比被發(fā)現(xiàn)的最古老的有鱗類動(dòng)物化石要早近7000萬年。另一方面，當(dāng)用不同數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)發(fā)育樹（用于反應(yīng)物種間進(jìn)化關(guān)系的樹狀結(jié)構(gòu)圖）時(shí)，其所反映出的有鱗類動(dòng)物進(jìn)化過程將截然不同。當(dāng)采用基因分子數(shù)據(jù)時(shí)，壁虎類被認(rèn)為是最先演化出的有鱗類動(dòng)物。而當(dāng)采用形態(tài)特征數(shù)據(jù)時(shí)，鬣蜥類則被認(rèn)為是最先演化出的有鱗類1。
金粉日守宮（Phelsuma laticauda）（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Gecko#/media/File:Phelsuma_l._laticauda.jpg）?
關(guān)于此次發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們通過高分辨率微聚焦X光分層掃描（高分辨率CT掃描）發(fā)現(xiàn)，Megachirella wachtleri?不僅具有側(cè)生齒等典型的鱗龍類動(dòng)物（鱗龍形下綱）的特征，還具有例如第一掌腕骨的愈合（合并為一塊骨骼）等典型的現(xiàn)代有鱗類動(dòng)物（有鱗目）的特征1。這些特征使科學(xué)家們相信Megachirella wachtleri是一種大約生活在距今2億4千3百萬年前的中三疊紀(jì)時(shí)的有鱗類動(dòng)物，比之前發(fā)現(xiàn)的最早的有鱗類化石（1億6千8百萬年前，中侏羅紀(jì)）還早了7500萬年，是目前已知的最古老的有鱗類動(dòng)物。并且，Megachirella wachtleri化石的發(fā)現(xiàn)使原先的預(yù)測起源年代與實(shí)際起源年代之間的7000萬年得以彌補(bǔ)1。
另一方面，在研究中，科學(xué)家們對包括Megachirella wachtleri在內(nèi)的現(xiàn)生和滅絕的雙孔類爬行動(dòng)物（包含有鱗類動(dòng)物和其它雙孔亞綱成員）進(jìn)行了大范圍取樣，并將采集到的形態(tài)與基因分子數(shù)據(jù)一起做了綜合分析。綜合分析的結(jié)果與之前用分子數(shù)據(jù)分析所得到的的結(jié)果相同，結(jié)果顯示壁虎類是最先進(jìn)化出的有鱗類動(dòng)物。而這次大范圍取樣分析更是造就了首次形態(tài)數(shù)據(jù)與分子數(shù)據(jù)上的一致性1。
Megachirella wachtleri的發(fā)現(xiàn)和這次的研究結(jié)果對于有鱗動(dòng)物的進(jìn)化史有著重要的意義?？梢哉f，其成功的填補(bǔ)了有鱗類動(dòng)物進(jìn)化史上的空白，并第一次解決了形態(tài)數(shù)據(jù)與分子數(shù)據(jù)之間的爭議，是古生物界里程碑式的發(fā)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
1. Sim?es, T. R., et al. (2018). "The origin of squamates revealed by a Middle Triassic lizard from the Italian Alps." Nature 557(7707): 706-709.
2. The Australian venom research unit (August 25, 2007). "Which snakes are the most venomous?" (Archived). University of Melbourne. Retrieved June 8, 2018.
3.Vitt, L. J., Caldwell, J. P., &Zug, G. R. (2014). Herpetology:?An introductory biology of amphibians and reptiles.?Amsterdam: Elsevier/ Academic Press.
（本文中標(biāo)明來源的圖片均已獲得授權(quán)）?
出品：科普中國?
制作：加拿大阿爾伯塔大學(xué) 馬宇博?
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心?
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有鱗目：爬行動(dòng)物中涵蓋物種最多的類群
???有鱗類動(dòng)物是地球生物圈中不可或缺的一部分。在地球生物進(jìn)化的過程中，其作為爬行動(dòng)物中最具物種多樣性的類群之一，有著悠久的歷史和眾多令人不可思議的成員。并且，在地球的生態(tài)系統(tǒng)中，它們在不同的生存環(huán)境中扮演著重要的角色。
當(dāng)今世界上，有鱗類動(dòng)物的分布范圍非常的廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，它們的足跡遍布在當(dāng)今除南極洲外的每個(gè)大洲上3。它們有的生活在干旱的大漠，有的生活在溫暖潮濕的雨林，有的生活在浩瀚的海洋中。不只如此，根據(jù)化石記錄，它們在在遙遠(yuǎn)的中生代晚期更是遍布在每一塊大陸上和每一片大洋中。
現(xiàn)存的有鱗類動(dòng)物包括我們熟悉的蛇與蜥蜴，同時(shí)還包括一種奇特的生物類群——蚓蜥。蚓蜥類是有鱗目下的一個(gè)亞目，這類動(dòng)物外表似蛇類，沒有四肢，但卻與蛇類以及蜥蜴類在形態(tài)特征上有著本質(zhì)的區(qū)別。它們通過挖洞生活在地下，視覺與聽覺已高度退化。另一方面，在遙遠(yuǎn)的古代，有鱗類則包含著更多的物種。在白堊紀(jì)末期隨恐龍一起滅絕的滄龍便是地球上已知的曾存在過的最大的有鱗類動(dòng)物。
有鱗類動(dòng)物，是獵物還是獵手？
???我們所熟知的蜥蜴類與蛇類中，很多都是以昆蟲類、兩棲類、爬行類和哺乳類動(dòng)物為食的肉食性動(dòng)物，它們都是天生的殺手。其中如科莫多巨蜥，眼鏡王蛇等掠食者更是占據(jù)著食物鏈的頂端。并且，有鱗目的動(dòng)物還具有現(xiàn)今其它爬行類動(dòng)物所不具備的獨(dú)門武器——生物毒素。
據(jù)悉，在現(xiàn)生的所有爬行動(dòng)物中，只有有鱗目的成員具有毒腺，并且它們所具備的生物毒素的毒性極強(qiáng)。據(jù)估計(jì)，世界最毒陸棲毒蛇——內(nèi)陸太攀蛇的毒素對一個(gè)70kg的成年人的致死劑量約為1.75mg（LD50=0.025mg/kg），2而這種蛇平均一次的毒素注入量約為44mg，最大為110mg。
科莫多巨蜥（Varanus komodoensis）（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Komodo_dragon#/media/File:Komodo_dragon_with_tongue.jpg）?
不過要談到有鱗類動(dòng)物中頂級的獵手，那就一定少不了一個(gè)古代的龐然大物——滄龍。滄龍雖然已經(jīng)在白堊紀(jì)末期滅絕。但它絕對是有鱗類動(dòng)物演化史上中最成功的物種之一。它們生活在晚白堊紀(jì)（約7000萬至6500萬年前）的各個(gè)大洋中。據(jù)研究，滄龍位于當(dāng)時(shí)食物鏈的頂端，以其它一切海洋生物為食，甚至?xí)C殺體型比自己小的其它滄龍。而另一方面，滄龍偶爾也會(huì)捕食靠近水邊的陸棲恐龍。目前已知的最大滄龍?bào)w長約為21m，是當(dāng)時(shí)世界海洋中當(dāng)之無愧的霸主。
滄龍。（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Mosasaurus#/media/File:Mosasaurus_beaugei1DB.jpg）
雖然有鱗類動(dòng)物中有很多致命的獵手，但是有些有鱗類動(dòng)物則是人畜無害的的素食主義者。例如北美的綠鬣蜥便是典型的食植性蜥蜴。其成年個(gè)體體長可達(dá)到近兩米，體重近10公斤，然而這碩大的體格卻僅靠吃植物來維持。
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北美綠鬣蜥（Iguana iguana）（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Iguana#/media/File:Iguana_iguana_eating_Mangifera_indica_from_Venezuela.jpg）
撲朔迷離的起源終于有了答案
雖然有鱗類動(dòng)物的種類繁多，但是它們身上依舊有許多未知的謎團(tuán)沒有解開。其中，一直困擾科學(xué)家們很久的一個(gè)問題就是它們到底從哪里來？又是如何進(jìn)化發(fā)展到如今如此繁多的物種的？而了解它們的起源則對于學(xué)習(xí)它們的進(jìn)化與物種多樣性有著極為重要的意義。
在科學(xué)界，關(guān)于這些問題的爭議從未停止過。這些爭議主要是由于通過分子鐘所預(yù)測的有鱗類動(dòng)物起源年代比被發(fā)現(xiàn)的最古老的有鱗類動(dòng)物化石要早近7000萬年。另一方面，當(dāng)用不同數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)發(fā)育樹（用于反應(yīng)物種間進(jìn)化關(guān)系的樹狀結(jié)構(gòu)圖）時(shí)，其所反映出的有鱗類動(dòng)物進(jìn)化過程將截然不同。當(dāng)采用基因分子數(shù)據(jù)時(shí)，壁虎類被認(rèn)為是最先演化出的有鱗類動(dòng)物。而當(dāng)采用形態(tài)特征數(shù)據(jù)時(shí)，鬣蜥類則被認(rèn)為是最先演化出的有鱗類1。
金粉日守宮（Phelsuma laticauda）（圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Gecko#/media/File:Phelsuma_l._laticauda.jpg）?
關(guān)于此次發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們通過高分辨率微聚焦X光分層掃描（高分辨率CT掃描）發(fā)現(xiàn)，Megachirella wachtleri?不僅具有側(cè)生齒等典型的鱗龍類動(dòng)物（鱗龍形下綱）的特征，還具有例如第一掌腕骨的愈合（合并為一塊骨骼）等典型的現(xiàn)代有鱗類動(dòng)物（有鱗目）的特征1。這些特征使科學(xué)家們相信Megachirella wachtleri是一種大約生活在距今2億4千3百萬年前的中三疊紀(jì)時(shí)的有鱗類動(dòng)物，比之前發(fā)現(xiàn)的最早的有鱗類化石（1億6千8百萬年前，中侏羅紀(jì)）還早了7500萬年，是目前已知的最古老的有鱗類動(dòng)物。并且，Megachirella wachtleri化石的發(fā)現(xiàn)使原先的預(yù)測起源年代與實(shí)際起源年代之間的7000萬年得以彌補(bǔ)1。
另一方面，在研究中，科學(xué)家們對包括Megachirella wachtleri在內(nèi)的現(xiàn)生和滅絕的雙孔類爬行動(dòng)物（包含有鱗類動(dòng)物和其它雙孔亞綱成員）進(jìn)行了大范圍取樣，并將采集到的形態(tài)與基因分子數(shù)據(jù)一起做了綜合分析。綜合分析的結(jié)果與之前用分子數(shù)據(jù)分析所得到的的結(jié)果相同，結(jié)果顯示壁虎類是最先進(jìn)化出的有鱗類動(dòng)物。而這次大范圍取樣分析更是造就了首次形態(tài)數(shù)據(jù)與分子數(shù)據(jù)上的一致性1。
Megachirella wachtleri的發(fā)現(xiàn)和這次的研究結(jié)果對于有鱗動(dòng)物的進(jìn)化史有著重要的意義?？梢哉f，其成功的填補(bǔ)了有鱗類動(dòng)物進(jìn)化史上的空白，并第一次解決了形態(tài)數(shù)據(jù)與分子數(shù)據(jù)之間的爭議，是古生物界里程碑式的發(fā)現(xiàn)。
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1. Sim?es, T. R., et al. (2018). "The origin of squamates revealed by a Middle Triassic lizard from the Italian Alps." Nature 557(7707): 706-709.
2. The Australian venom research unit (August 25, 2007). "Which snakes are the most venomous?" (Archived). University of Melbourne. Retrieved June 8, 2018.
3.Vitt, L. J., Caldwell, J. P., &Zug, G. R. (2014). Herpetology:?An introductory biology of amphibians and reptiles.?Amsterdam: Elsevier/ Academic Press.
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