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科学家发现鸟类前肢模块和后肢模块关联演化新证据

现生鸟类在由胸骨龙骨突长度和髂骨长度所确定的形态空间中的分布

和其他四足动物的运动方式不同,鸟类的前肢和后肢适应于不同的功能,比如前肢通常用于飞行,而在适应辐射进化的过程里,鸟类的后肢在不同习性的类群中演化出不同的功能,如奔跑、捕食、抓握、攀爬、游泳或栖息等。一般认为前后肢在演化过程中相互独立,因此也被称为前肢模块和后肢模块。近年来的研究却显示,这两个模块的相互影响对于鸟类运动方式的演化具有关键性作用,如发育上的关联性、资源分配以及对重心位置的影响等,因此推测这两个模块在演化上具有一定的相关性,但这种关联的细节并不十分清楚。

作为前肢模块和后肢模块的重要组成部分,胸骨和髂骨在鸟类的起源和演化中的形态变化十分显著,早期鸟类的化石记录也显示在现代鸟类起源的过程中,胸骨的龙骨突和髂骨都存在增长的趋势。为验证这两个特征在演化过程中是否相关,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所和南京大学的研究人员基于大量现生鸟类以及一部分化石鸟类的测量数据,采用系统比较方法,在控制亲缘关系和体重大小的基础上对这两个特征的相关性进行了计算。结果显示,胸骨龙骨突的长度和髂骨的长度存在显著正相关。这种正相关不仅仅适用于现代鸟类,在中生代鸟类中就已经显示出来。

根据已有的证据,研究人员推测,这种正相关可能是用于缓解前肢模块和后肢模块在权衡肌肉质量上的分配所造成的问题。前肢模块在行走过程中是后肢模块的负担,而后肢模块在飞行中是前肢模块的负担。这两个模块在肌肉质量上的权衡意味着,肌肉质量减少的模块在运动中需要应对更大的负担,而增大力臂也就是相关骨骼的长度,可以在一定程度上缓解这一问题。

南京大学赵涛与古脊椎所合作者刘迪和李志恒在开源期刊 PeerJ 上在线发表了这一成果。该项研究得到了国家自然科学基金的资助。

https://peerj.com/articles/3622/

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