客观日本

福岛县立博物馆等确定新种鳄鱼祖先化石,明确适应水生的进化开端

2021年12月28日 生物医药

福岛县立博物馆的学艺员吉田纯辉与北海道大学综合博物馆的小林快次教授和群马县立自然历史博物馆地质学研究系的高桒祐司主任等人组成的研究团队宣布,已确认从大约1亿5500万年前的侏罗纪后期地层中发现的鳄鱼近缘种棱角鳞鳄类的全身化石为新种,并将其命名为“Amphicotylus milesi”。研究团队着眼于该化石的“舌骨”和“内鼻孔”,对此前发现的鳄鱼近缘种的化石和现代鳄鱼等脊椎动物的这些器官及功能进行了调查和比较。由此确认,现代鳄鱼的水生适应机理的起源可以追溯到侏罗纪。该成果有助于了解生物的进化。相关内容已发布在英国皇家学会期刊《Royal Society Open Science》12月8日号上。

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Amphicotylus milesi的全身骨架和复原图(复原图由小田隆绘制,供图:群马县立自然历史博物馆)

鳄鱼类的祖先被认为在恐龙称霸陆地的中生代(三叠纪、侏罗纪、白垩纪)开始从之前生活的陆地迁移到了水边。棱角鳞鳄类为现生鳄鱼的近缘种,虽然是原始鳄鱼,但具有与现生鳄鱼相似的特征,有望为了解鳄鱼类的祖先迁移到水边的动态进化过程提供线索。

此次研究的化石是克利福德·迈尔斯等人1993年从美国怀俄明州侏罗纪后期(约1亿5500万年前)的地层中与圆顶龙(恐龙)等多种动物化石一起发现的。群马县立自然历史博物馆也参与了发掘工作。后来,发掘的圆顶龙于1996年被收藏到该博物馆时,作为在同一地层发掘的化石,还捐赠了棱角鳞鳄(推测)的化石。该化石全身几乎完好无损,除尾尖部分缺失外,保存状态非常好,但此前一直没有进行学术调查。

研究是从学艺员吉田在北海道大学读研究生时开始的。在详细调查该化石的同时,还以北美为中心对其他棱角鳞鳄类的化石实施了调查和比较,从而进行了系统分析,根据宽大的嘴部和存在内鼻孔后窝等要素确定是棱角鳞鳄类。因此以发现者之一迈尔斯(milesi)的名字命名为“Amphicotylus milesi”。

另外,研究团队还着眼于“内鼻孔”和之前完全没有关注过的“舌骨”继续进行调查和研究。

适应水生的现生鳄鱼在舌根处有一个鳄鱼特有的器官“舌基瓣”,向上提起后可以防止水进入喉咙。另一方面,由于化石中没有留下支撑“舌基瓣”和“舌骨”的组织,所以这些机理的起源尚不清楚。另外,研究认为,要想让“舌基瓣”发挥作用,鼻腔后端的“内鼻孔”必须位于“舌基瓣”的后方。这样鳄鱼只需将鼻子露出水外就可以呼吸。

因此,研究团队以全球的鳄形类和脊椎动物的标本为对象,调查了“舌骨”的一部分“角鳃骨”。由此发现,包括现生鳄鱼和棱角鳞鳄类在内的新鳄类的“角鳃骨”相对于头部来说比较小,并且弯曲成回旋镖状。而陆地上的很多其他脊椎动物和曾经在陆地上生活的鳄鱼近缘种的化石则没有弯曲。另外,还以相同的方式测量了“内鼻孔”的位置,通过数值确认新鳄类的“内鼻孔”位置移动到了后方。

此外,为调查新鳄类的“角鳃骨”为何弯曲,研究团队解剖了两种现生鳄鱼(暹罗鳄和扬子鳄),调查了“舌基瓣”的结构。

由此发现,现生鳄鱼的鳃舌骨肌随肌腱一起附着在角鳃骨后方与基舌骨前方之间,具有提起舌基瓣的功能。研究表明,角鳃骨弯曲增加了鳃舌骨肌的力矩臂,由此使“舌基瓣”发挥作用。“Amphicotylus milesi”被认为也与现生鳄鱼一样具有“舌基瓣”功能。

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Amphicotylus milesi的舌基瓣(供图:吉田纯辉、福岛县立博物馆)

上述结果表明,现生鳄鱼基于“舌基瓣”的水生适应系统早在侏罗纪晚期之前就已经在棱角鳞鳄类与鳄鱼的共同祖先身上实现。

日本也存在同一时期的地层,随着新化石的发现,有望进一步了解进化的奥秘。

群马县立自然历史博物馆(群马县富冈市)现已开始展示“Amphicotylus milesi”的头骨,预定从1月22日开始展示全身骨架。2022年度以后还预定在福岛县立博物馆(福岛县会津若松市)进行展示。

吉田学艺员表示:“此次明确了部分水生适应机理,但关于鳄鱼的进化仍有很多谜团有待解开,有待未来研究解明”

原文:《科学新闻》
翻译编辑:JST客观日本编辑部