最新內耳化石研究:溫血動物於 2.3 億年出現

在大約 2.3 億年前,隨著第一批恐龍的出現,現代哺乳類動物的祖先也開始出現。在演化過程中,牠們發展出非凡的能力,能夠產生自己的熱能,保持一定的體溫,更增加了往後生物的多樣性。然而,對演化生物學家來說,溫血動物何時首次在動物中演化仍然是一個巨大謎團。最新刊於《自然》的研究則以古代哺乳動物祖先內耳化石進行分析,認為溫血動物起源於三疊紀晚期大約 2.33 億年前的時期。

一般來說,要找到一種動物是否溫血動物,最直接的方法是分析其血液,但這難以在化石中做到;而內耳似乎不太可能是尋找體溫線索的地方,但團隊意識到體溫會影響從內耳的微小半規管周圍湧出的液體黏度和流動性。這些循環、充滿液體的內耳結構主要幫助檢測頭部運動,這對於平衡、視力和協調運動極為重要。

有參與研究的倫敦英國自然歷史博物館耳道生物力學專家 Romain David 解釋,在過去半規管通常用於預測化石生物的運動,但經仔細觀察其生物力學,團隊認為也可以用其來推斷體溫。

過去,一些不同的方法被用來確定溫血動物何時在古代哺乳類和鳥類之間演化出來,但試圖將代謝率、氧氣使用和體毛痕跡與平均體溫扯上關係的研究產生了模糊或互相矛盾的結果。

是次團隊對分析內耳骨和軟組織結構的大小和形狀以推斷動物是否溫血動物相當有信心,尤其他們已在 360 多種現存和已滅絕的有脊椎動物中驗證了方法。這些初步分析表明,體溫持續較高的動物例如哺乳類的內耳道,必須改變形狀才能在更滑的耳液中保持正常功能,亦代表內耳結構可作為溫血系統演化的準確指標。

當團隊分析來自 56 種已滅絕物種的化石時,他們注意到這些古代動物的內耳管道比類似大小的冷血動物更小;而內耳結構的這些變化是突然出現,並且與大約 5 到 9°C 的體溫急劇升高相關。

早期哺乳類近親合弓綱 (Synapsida) 
Credit: Ken Angielczyk

追踪這種隨時間變化的演化模擬表明,溫血動物出現的時間比古生物學家認為的要晚得多,因此也來得更快,大約不到 100 萬年的時間就演化出來。

在三疊紀氣候迅速變冷的時候,這些祖先可能正在長出皮毛,同時牠們的新陳代謝須轉換至能維持更高的體溫。

領導是次研究的葡萄牙里斯本大學古生物學家  Ricardo Araújo 在新聞稿指出,溫血動物的出現並不是像以前認為的一樣,在數千萬年中是個漸進、緩慢的過程,但當新的類似哺乳類動物代謝途徑和皮毛被觸發出現時,溫血系統可能很快就出現。

雖然我們今天在地球上看到的生命表明,進化的溫血動物總是對鳥類和哺乳動物有多麼有利,但這不太可能是恆溫動物成為生態主導地位的唯一原因。

是次研究與今年較早前同樣發表在《自然》的另一項研究相呼應,該份耶魯大學研究推斷大多數恐龍不是像現代爬行動物那樣是外溫動物 (Ectotherms) ,而是鳥類和哺乳動物等溫血動物。有趣之處在於,發現似乎排除了另一個長期存在的假設,即鳥類和哺乳類的溫血性在某種程度上幫助其祖先在白堊紀晚期大規模滅絕事件中倖存下來。 

來源:

Science Alert, The Mystery of When Warm-Blooded Mammals Evolved May Finally Be Solved

報告:

Araújo, R., David, R., Benoit, J. & et al. (2022). Inner ear biomechanics reveals a Late Triassic origin for mammalian endothermy. Nature. doi: 10.1038/s41586-022-04963-z

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04963-z

文/AC、審/WL

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