研究人员推翻了长期假设：哺乳动物祖先实际上以自己独特的方式移动

研究人员推翻了长期的假设，即哺乳动物祖先像现代蜥蜴一样移动，发现哺乳动物骨干的演变有更多更多。

骨干是哺乳动物运动的瑞士军刀。它可以在各种方式中起作用，使生活哺乳动物在运动中具有显着多样性。他们可以跑，游泳，攀爬和飞行，部分原因是椎体柱的广泛重组，这发生在大约320万年的进化中。

Open any anatomy textbook and you’ll find the long-standing hypothesis that the evolution of the mammal backbone, which is uniquely capable of sagittal (up and down) movements, evolved from a backbone that functioned similar to that of living reptiles, which move laterally (side-to-side). This so called “lateral-to-sagittal” transition was based entirely on superficial similarities between non-mammalian synapsids, the extinct forerunners of mammals, and modern-day lizards.

在2021年3月2日发布的论文中当代生物学俄罗斯比利时赔率由哈佛大学领导的研究人员团队通过衡量椎体和灭绝的羊膜（爬行动物，哺乳动物及其灭绝亲属）的椎体形状来挑战“侧向矢状”假设。使用尖端技术，它们映射进化变化的影响形状对椎体柱的功能，并表明非哺乳动物突触突变体以明显的方式移动其骨干，这些方式明显与任何活动物完全不同。

由第一作者Katrina E. Jones领导的团队，前博士后研究员，哈佛大学有机大学和进化生物系，发现，虽然在哺乳动物演化中进行了矢状弯曲程度，但最早的康帕筛的骨干针对刚度进行了优化俄罗斯比利时赔率并且对哺乳动物的进化过渡不包括以爬行动物样横向弯曲为特征的阶段。相反，他们发现现代蜥蜴和其他爬行动物具有独特的骨干形态和功能，不代表祖传运动，并且最早的哺乳动物祖先并没有像蜥蜴一样移动，因为科学家以前假设。

“长期的想法，即在脊柱横向横向到矢状弯曲的哺乳动物演化过渡是太简单的，斯蒂芬皮·皮尔斯（Thomas D. Cabot Pierce）在脊椎动物古生物学系和演化生物学系和策委官员副教授俄罗斯比利时赔率在哈佛大学的比较词学博物馆中。“蜥蜴和哺乳动物从几百年前分歧，他们每个人都在自己的进化之旅。我们展示了生活蜥蜴不代表两组的任何祖先形态或函数都是如此之长。“

Co-author Ken Angielczyk, MacArthur Curator of Paleomammalogy, Negaunee Integrative Research Center, Field Museum of Natural History, agreed, “Reptiles have been evolving just as long as mammals and because of that there’s just as much time for changes and specializations to accumulate for reptiles. If you look at the vertebrae of a modern lizard or crocodile their vertebrae are actually very different from early ancestors of mammals and reptiles that lived at the same time around 300 million years ago. Both living mammals and reptiles have accumulated their own set of specializations over evolutionary time.”

包括前哈佛研究生Blake Dickson，Phd'20的Jones and Co-authors开始通过测量一系列爬行动物，哺乳动物，蝾螈和一些化石非哺乳动物Synapsids的椎骨的形状开始。标本来自世界各地的博物馆系列，主要来自比较动物学博物馆（MCZ），以及来自MCZ，现场自然历史博物馆的化石突触，以及美国的各种其他博物馆，和南非。

“我们首先必须量化脊椎的形状，这实际上有点棘手，”琼斯说。“每个脊柱都是由多个椎骨组成的，当你有不同数量的椎骨时，它们的形状和功能可能以不同的方式划分。”

他们在每个脊椎柱的相同位置选择了5个脊椎，并在不同动物身上测量了它们的三维形状。结果表明，非哺乳动物的突触椎体与现代哺乳动物的椎体有很大的不同，与蜥蜴等爬行动物的椎体也有很大的不同。

接下来，研究人员研究了椎骨的用途如何使用他们以前的工作中的数据来使用，该数据将椎体形状与生物蜥蜴和哺乳动物中的椎体运动程度进行比较，提供形式和功能之间的关键联系。该数据使研究人员将椎体函数的变化映射到包括化石的广泛动物的椎体功能的变化，这使得它们可以重建描述每组动物的功能性状的精确组合。

皮尔斯说:“我们团队的数据分析方法令人兴奋，因为它可以揭示不同脊柱形状如何导致不同的功能权衡。”例如，爬行动物非常擅长侧弯，但不能像哺乳动物那样上下移动脊椎。皮尔斯说:“除了侧弯和矢状面弯曲，我们还研究了脊椎骨的其他功能，然后确定了哺乳动物、爬行动物和非哺乳动物突触的最佳组合。”

“We were able to show that non-mammalian synapsids have a different combination of functions in their backbone to both living reptiles and mammals,” Jones said, “and in the course of that evolution they weren’t just traversing from the reptile-like lateral to the mammal-like sagittal bending, they were actually on a completely distinctive path in which they were evolving from a separate condition.”

“历史期望是哺乳动物的康帕筛西州祖先正在制作现代爬行动物的同一组权衡。但事实证明，他们有一个完全不同的权衡，“angielczyk说。“期望爬行动物将保留超过320万年前存在的祖传运动模式太简单。”

结果表明，非哺乳动物突触的骨干实际上非常僵硬，并且完全不同于横向方向非常符合柔顺的蜥蜴。此外，在哺乳动物的演变期间，将新功能加入到这种僵硬的祖先基础中，包括在后面的后面弯曲和扭转前方的矢状弯曲。添加这些新功能在建立功能不同的哺乳动物骨架方面是关键，允许现代哺乳动物跑得非常快速，并将他们的脊椎旋转以梳理毛皮。

“通过严格分析化石记录，我们能够为更复杂而有趣的演变故事拒绝简单的横向射击假设，”皮尔斯说。“我们现在正在揭示朝着独特的哺乳动物骨干形成的进化路径。”

该研究是一系列正在进行的研究哺乳动物脊椎骨进化的项目的一部分，这些项目将其发育、形态、功能和进化整合在一起。“我们还不知道整个故事，”琼斯说，“但我们已经接近了。”

研究人员现在正在使用椎骨的三维建模，了解哺乳动物的祖先如何移动。“我们现在正在通过CAD协助三维模型测试我们以前的研究，”琼斯说。“到目前为止，它效果很好，似乎支持了我们在本文中找到的内容。”

参考:Katrina E. Jones, Blake V. Dickson, Kenneth D. Angielczyk和Stephanie E. Pi的《适应性景观挑战哺乳动物脊椎进化的“横向到横向”范式》，2021年3月2日，当代生物学俄罗斯比利时赔率。
DOI：10.1016 / J.CUB.2021.02.009

Katrina E. Jones目前是英国曼彻斯特大学的校长研究员。

Blake Dickson目前是Duke大学进化人类学系的博士后研究员。