鸟类头骨如何演化出可动性功能？中国科学家最新研究揭秘

距今1.2亿年鸟类雅尾鹓鶵头骨的三维复原。王敏 供图

　　中新网北京12月7日电 (记者 孙自法)在现生脊椎动物中，鸟类和部分有鳞类的头骨演化出特有的可动性功能，这是鸟类演化成为多样性最丰富的陆生脊椎动物的关键因素之一。那么，鸟类头骨是如何演化出可动性功能的呢?

　　中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中科院古脊椎所)王敏、托马斯、周忠和及合作者，最新通过对距今1.2亿年的中生代反鸟类雅尾鹓鶵头骨化石进行高精度三维扫描和复原，研究揭示出中生代鸟类头骨保留了大量主龙类的原始特征，呈现出模块化的演化。

　　这项早期鸟类头骨演化研究的重要成果论文，近日在自然指数期刊《电子期刊-生命科学》(eLife)发表。

雅尾鹓鶵头骨面部骨骼的三维形态。王敏 供图

　　论文第一作者和通讯作者王敏研究员科普指出，头骨的部分骨骼能够发生相互独立的运动，称之为头骨的可动性，其使得鸟嘴能够取代“手”完成大量精细的动作。这一重要功能学特征主要依赖分布于吻部的屈挠带和两个骨骼通道得以实现：由方骨—方颧骨—颧骨—上颌形成的“侧面通道”，和由方骨—翼骨—腭骨—犁骨在腭面构成的“腭面通道”。

　　简单说来，随着方骨的前、后转动，这两个通道上的骨骼通过可动关节发生位移，就像传送带一样完成嘴巴的张开和闭合。而在鸟类的祖先——非鸟类恐龙中，粗壮的头骨因为缺失上述两个通道的活动性，不具有可动性而显得笨拙。不过，长期以来受化石保存和研究手段的限制，头骨主要区域的形态功能，特别是上述通路在鸟类演化历史中是如何变化的并不清楚。

　　王敏介绍说，中科院古脊椎所研究团队利用高精度CT(计算机断层扫描)对此前他们发现的中生代反鸟类雅尾鹓鶵的头骨化石进行三维复原，重建了几乎所有头骨骨骼的立体形态，包括构成头骨可动性通道的骨骼。该研究结果显示，鹓鶵保留了典型的主龙类双颞弓的颞区结构：三射型的眶后骨和颧骨、鳞骨分别相接，鳞骨又与方颧骨相接，从而形成了与眼眶完全分隔的上、下颞孔。这样的颞区构造限制了颧骨的前后移动，说明“侧面通道”并未形成。

雅尾鹓鶵腭面骨骼形态和鸟类颚骨的形态演化。王敏 供图

　　受保存原因等影响，中生代鸟类腭面骨骼形态的研究程度有可能最低。研究团队此次复原了该区域的主要骨骼，显示鹓鶵的翼骨和兽脚类恐龙相同，都具有宽大的方骨支，但缺失和方骨的可动关节，取而代之的是腭骨的方骨支与方骨的眼突形成嵌接式的关联。而腭骨显示出进步的特征，如缺失颧骨突，从而不再是兽脚类恐龙亦或始祖鸟那样的四射型。

　　利用几何形态测量的方法追溯腭骨在恐龙—鸟类演化过程中的形态变化，研究团队认为，颧骨突的缺失是鸟类腭骨形态“现代化”的第一步。鹓鶵的犁骨较为粗大而与恐龙相似，远不如现生多数鸟类那样纤细。鹓鶵保留了宽大的外翼骨，与颧骨相接。前述腭面构造与兽脚类恐龙相差无几，说明腭面通道也未出现。

　　王敏称，相较于颞区和腭区的构造，鹓鶵的其他头骨形态都呈现出典型的、进步的鸟类特征，说明头骨不同部位的演化速度并非均一，颞区和腭区在演化上相对保守，这样原始和进步的形态特征同时出现，就是典型的“镶嵌演化”。如果再与鹓鶵已经非常进步的头后骨骼形态相比，这样的差异就更为显著。

恐龙，中生代和现代鸟类头骨形态功能的比较。王敏 供图

　　周忠和院士表示，以鹓鶵为代表的反鸟类是中生代鸟类演化最成功的一个类群，但它们保留了原始的非可动性头骨，说明这一形态功能特征和多样性演化之间的相互促进关系，在鸟类演化历程上是发生在反鸟类从鸟类主干上分开之后。

　　反鸟类虽然具有全球性分布，但它们都在白垩纪末期的大灭绝事件中绝灭，而具有可动性头骨的今鸟型类则存活下来，并在新生代快速演化并形成所有现代鸟类，这表明头骨可动性增加了个体在面临极端选择压力时的适应性。(完)