 植食性古鳥類 (左)和小型掠食性恐龍(右)的生態複原場景。與肉食性恐龍同處在一個生態係統下的中生代鳥類，演化出不同的取食習性，例如以種子、果實為主的植食性和以小型昆蟲為食的雜食性，避免了直接與肉食性恐龍的食物競爭。（鄭秋暘 繪圖） （神秘的地球uux.cn報道）據科技日報：生活中，我們經常能看見鳥吃東西時，都是整個兒吞咽下去的。這是因為它們沒有牙齒，所以省去了咀嚼的環節。但是你知道嗎，很早以前，鳥類也是有牙齒的。近日，我國科學家就通過探究古鳥類牙齒的微結構，發現了它們躲過6500萬年前“大滅絕”事件的秘密。 或許不少人會問，是不是所有古鳥類都有牙齒？鳥類的牙齒和它們的食性有著怎樣的關係？現代鳥類還會有一些類似牙的器官嗎？為此，科技日報記者采訪了相關專家。 大部分中生代鳥類都有牙齒 從化石記錄中發現的證據表明，現在已知的大部分中生代鳥類的上下頜都有牙齒。 2018年5月，《自然》雜誌發表了一篇論文，講述了當時新發現的4塊早期鳥類——魚鳥的化石。魚鳥是一種類似燕鷗的海鳥，翼展可達60厘米，生活在距今約1億至6600萬年前的北美地區。它就保留有尖銳的彎曲齒。 此前，古生物學家曾在我國遼寧地區發現一種長有古怪牙齒的鳥類化石。這種鳥類學名為Sulcavis geeorum，屬於已經滅絕的反鳥亞綱，它們身長隻有十幾厘米，體型與知更鳥大小相似，生活在距今1.21億至1.25億年前。Sulcavis geeorum的牙齒有尖利的牙冠，而且還保存有形成齒形脊的牙釉質。可能正是因為有了堅固的齒形脊，這些鳥類才可以咬開昆蟲、螃蟹或者蝸牛的堅硬外殼。 “大多數完整的中國遼西鳥類化石都有牙齒並且原位保存在齒骨以及上頜骨的齒槽裏，比如長翼鳥、會鳥、熱河鳥以及燕鳥等，這些鳥類覆蓋了中生代鳥類的主要類群。”中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員李誌恒告訴科技日報記者。 但也並不是所有中生代鳥類都有牙齒，比如遼西地區最早發現的也是數量最多的一類基幹鳥類——孔子鳥就沒有牙齒，而具有角質喙。 食性轉變導致鳥類牙齒退化 在李誌恒看來，古鳥類和小型獸腳類恐龍具有共同的祖先，它們都具有牙列。 但古鳥類牙齒的數量比小型獸腳類恐龍要少，形態和位置上也出現了一些變化，不像肉食性恐龍那樣長著滿口鋒利的“彎鐮刀”。比如屬於基幹鳥類的熱河鳥，牙齒變小、數量變少；而長翼鳥的牙齒雖然相對較彎曲，但是僅在上下頜的最前端存在。 研究人員認為，鳥類牙齒退化的原因很大程度上是因為食性的轉變，從肉食性轉為雜食性，種子、果實以及昆蟲都成了鳥類的“盤中餐”。不用費力撕咬，牙齒就不再是鳥類進食的必要器官。 “最近，我們對包括今鳥類、反鳥類、會鳥、熱河鳥在內的古鳥類牙齒的微結構進行對比觀察和研究，發現盡管簡單的釉質層在早期古鳥類中都有保留，但牙釉質與牙本質之間的多孔罩牙本質層皆已消失。”李誌恒說，多孔罩牙本質層被認為是能夠避免肉食性恐龍在掠食過程中牙齒斷裂的特殊避震保護結構，它的消失意味著，鳥類的牙齒不再需要特殊的力學保護結構，間接證實了當時的鳥類在飲食習慣方麵與肉食性恐龍產生了極大差異。 這說明鳥類牙齒在完全丟失之前，已經出現了階段性的牙齒部分退化現象，直到所有現代鳥類最近的共同祖先僅僅具有角質喙，牙齒消失成為了一個不變的特征被保留下來。 沒有牙齒沒關係它們還有喙 到了現代，鳥類的牙齒全部消失。為了增強消化功能，鳥類演化出嗉囊和肌胃，食物先在嗉囊中存貯並慢慢軟化，再經肌胃磨碎。 此外，為了彌補牙齒的功能，鳥類進化出各種不同的喙。 如果有機會近距離觀察灰雁，你會發現，它們上下喙的內側邊緣是鋸齒狀的。不過，這可不是真正意義上的牙齒，科學家稱之為板層狀構造。這些特殊的喙部的衍生結構可以幫助它們在取食過程中更有效地進食，比如切割植物根莖、過濾水體中的無脊椎動物等。 李誌恒表示，另外還有一些雁鴨類喙部的鋸齒狀構造與板層狀構造類似，隻不過形狀不同，其用途很像魚鉤的倒刺，捕魚的時候可以防止魚從口中逃脫，企鵝舌部的刺狀突起與其有類似的功能。 另外，隼形目的鳥類(如紅腳隼)喙部前端有一個小的齧緣齒，即喙前端側麵有一個齒狀突起，這也是用來撕咬或固定獵物的。“但是，這些都不是真正的牙齒，而是喙部的角質殼衍生出來的膜質或角質結構。”李誌恒強調。 相關鏈接 鳥類牙齒消失原因眾說紛紜 為什麽在漫長歲月中所有鳥類的牙齒都丟了呢？ 傳統觀點認為，鳥類牙齒的缺失與它們適應飛行生活有密切的關係。沒有了牙齒，鳥類的體重就會減輕，從而更利於飛行。 近年來的分子遺傳學研究對這一問題提出了新看法。2014年底，有學者分析了數百種現生脊椎動物的基因序列，發現多個與牙齒形成有關的基因在鳥類的基因組中都已丟失或者隻剩下了“假基因”(不完整的序列)。於是，他們在此基礎上提出鳥類沒有牙齒是因為它們與牙齒發育相關的基因發生了突變。 到了2017年，首都師範大學的王爍研究團隊提出了啟發性觀點。他們認為，牙齒的異時發育(後裔發育的時間和速率與祖先不同而發生演化)退化才是導致早期鳥類牙齒丟失的直接原因。 還有一種觀點認為，鳥類是為了使它們的雛鳥能夠更快地從卵中孵化出來，才放棄了牙齒。研究人員以長有牙齒的爬行動物作為參照進行研究時發現，胚胎發育出牙齒的過程可以占據全部孵化時間的60%。因此主動放棄牙齒，將會有助於提高鳥類的孵化成功率，對種群的延續具有重要的意義。 相關報道：鳥類如何躲過大滅絕: 秘密藏在牙齒裏 （神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所：恐龍的後代－鳥類，是如何躲過六千五百萬年前的大滅絕事件的，一直是科學家亟欲待答的問題。隕石撞擊地球以及火山頻繁活動導致的大量火山灰在大氣中布滿，導致地球終年不見天日，依賴光合作用的植物大量死亡，進一步造成植食性恐龍失去了主要的食物來源，最終導致食物鏈最頂端的肉食性恐龍，如暴龍等相繼滅絕。在這一食物鏈崩潰引發的滅絕事件中，為何鳥類得以幸存? 4月21日，學術期刊《BMC Evolutionary Biology》在線發表了中科院古脊椎所李誌恒團隊與同步輻射研究中心等多家合作單位共同完成的研究成果，對與鳥類親緣關係最接近的非鳥類恐龍至古鳥類的牙齒演化特征進行了探討，揭示鳥類與恐龍之間食性的差異很可能是其能夠躲過災變，幸存至今的關鍵。 研究團隊通過同步輻射的高解析穿透式X-光顯微鏡，對小型非鳥類恐龍－包含傷齒龍、近鳥龍、小盜龍，以及古鳥類(見圖2)－包含今鳥類、反鳥類、會鳥、熱河鳥等牙齒的微結構進行對比觀察和研究，發現盡管簡單的釉質層在早期古鳥類中都有保留，但牙釉質與牙本質之間的多孔罩牙本質層（圖3中IGS所示）皆已消失，而多孔罩牙本質(porous mantle dentin)層被認為是肉食性恐龍牙齒中發育的、避免其在掠食過程中牙齒斷裂的特殊避震保護結構。不僅在古鳥類中，本次研究的一種小盜龍標本的罩牙本質層也已經消失。這意味著鳥類與部分親緣關係相近的恐龍，其牙齒不再需要特殊的力學保護結構；間接證實了其在飲食習慣，如咬合力與掠食性方麵，與肉食性恐龍產生了極大差異，通過食性轉換避開了與肉食性恐龍對食物生態位的競爭，適應能力極大提高，度過最艱難的時刻。相較於古鳥類的普遍性植食或雜食化的演進趨勢，雖然非鳥類恐龍的少數類群，如小盜龍，也發生了趨同演化，但仍難以避免滅絕的危機。 文章鏈接： https://doi.org/10.1186/s12862-020-01611-w |
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