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

早期非哺乳动物突触（古老的哺乳动物亲缘种）埃德福龙骨骼的照片在菲尔德自然历史博物馆展出。

研究人员推翻了一个长期存在的假设，即哺乳动物祖先像现代蜥蜴一样运动，并发现哺乳动物骨干的进化还有很多。

骨干是哺乳动物运动的瑞士军刀。它可以以各种方式发挥作用，使活着的哺乳动物在运动中具有非凡的毅力。它们可以奔跑，游泳，攀爬和飞行，部分原因是其脊柱经过了大约3.2亿年的演变而得到了广泛的重组。

打开任何解剖学教科书，您将发现一个长期的假设，即哺乳动物骨干的进化是唯一具有矢状（上下）运动的能力，而该骨干的进化功能与活着的爬行动物相似。横向（并排）。这种所谓的“从侧面到矢状”的过渡完全基于非哺乳动物突触，哺乳动物的灭绝先祖和现代蜥蜴之间的表面相似性。

在2021年3月2日发表于当前生物学上的一篇论文中，由哈佛大学领导的一组研究人员通过测量广泛的活体和绝种羊膜动物（爬行动物，哺乳动物，及其已灭绝的亲戚）。他们使用最先进的技术绘制了形状变化对脊柱功能的影响，并表明非哺乳动物的突触骨以其自身的独特方式移动其骨干，并且与任何活着的动物都大不相同。

该团队由哈佛大学生物与进化生物学系前博士后研究员卡特里娜·琼斯（Katrina E.并且向哺乳动物的进化过渡并不包括以爬行动物状的侧弯为特征的阶段。相反，他们发现现代蜥蜴和其他爬行动物具有独特的骨架形态和功能，不代表祖先的运动，而且哺乳动物的祖先并不像蜥蜴那样运动，就像蜥蜴一样。

高级作者斯蒂芬妮·皮尔斯（Stephanie Pierce）说，“长期存在的观点认为，哺乳动物的进化直接从横向弯曲向矢状弯曲过渡，这太简单了。”在哈佛大学比较动物学博物馆中。“蜥蜴和哺乳动物从数百万年前开始相互传播，它们各自都在经历着自己的进化历程。我们证明活着的蜥蜴并不代表这两个群体很久以前就拥有的任何祖先形态或功能。”

田野自然历史博物馆Negaunee综合研究中心MacArthur古生物学馆长肯·安吉尔奇克（Ken Angielczyk）同意：“爬行动物的发展与哺乳动物一样长，因为有足够的时间来积累变化和专业知识爬行动物。如果您看一看现代蜥蜴或鳄鱼的椎骨，它们的椎骨实际上与大约3亿年前同时生活的哺乳动物和爬行动物的祖先截然不同。活着的哺乳动物和爬行动物都在进化过程中积累了自己的专业领域。”

1.侧向矢状：该图比较了蜥蜴的后背运动（主要使用横向（左右）运动）和哺乳动物的后背运动（在跑步时使用了矢状运动（上下运动））。史蒂芬妮·史密斯（Stephanie Smith）的插图。2.蓟马拼图：濒临灭绝的哺乳动物先行者Thrinaxodon的生命重建显示了在进化过程中如何将主链拼凑在一起。插图版权April Neander。
1.史蒂芬妮·史密斯（Stephanie Smith）的插图。2.插图由April Neander撰写。

琼斯和合著者包括哈佛大学前研究生布莱克·迪克森（Blake Dickson），博士20岁，首先测量了一系列爬行动物，哺乳动物，am和一些化石非哺乳动物突触的椎骨形状。这些标本来自世界各地的博物馆藏品，主要是来自比较动物学博物馆（MCZ）的现代动物骨骼，以及来自MCZ，自然历史博物馆，美国，欧洲，美国和其他各个国家的博物馆的化石突触。和南非。

琼斯说：“我们首先必须量化椎骨的形状，但这实际上有点棘手。”“每个椎骨柱都由多个椎骨组成，当您拥有不同数量的椎骨时，它们的形状和功能可能会以不同的方式出现。”

他们从每个椎骨柱的相同位置选择了五个椎骨，并以三维方式测量了它们在不同动物身上的形状。结果定量地表明，非哺乳动物的突触椎骨与现代哺乳动物的椎骨非常不同，并且也与蜥蜴和其他爬行动物的椎骨极为不同。

接下来，研究人员使用他们以前的工作中的数据（活体蜥蜴和哺乳动物的椎体形状与椎体运动程度进行了比较），研究了椎骨如何发挥功能，从而在形态和功能之间提供了至关重要的联系。数据使研究人员能够在包括化石在内的广泛动物样本中绘制出椎骨功能的变化图，从而使他们能够重建描述每组动物的功能性状的精确组合。

皮尔斯说：“我们的团队进行数据分析的方法令人兴奋，因为它可以揭示不同的骨干形状如何导致不同的功能折衷。”例如，爬行动物擅长横向弯曲，但无法像哺乳动物一样上下移动脊椎。皮尔斯说：“除了侧向弯曲和矢状弯曲之外，我们还检查了骨架的其他功能，然后确定了哺乳动物，爬行动物和非哺乳动物突触的权衡最佳组合。”

琼斯说：“我们能够证明非哺乳动物的突触在其骨架中对活的爬行动物和哺乳动物具有不同的功能组合，并且在进化过程中，它们不仅从类似爬行动物的类中穿越而出。实际上，在哺乳动物状矢状弯曲的侧面，它们处于完全独立的路径上，它们是从单独的状态演变而来的。”

“历史上的期望是，哺乳动物的突触祖先正在做出与现代爬行动物相同的权衡取舍。但事实证明，它们的权衡完全不同。” Angielczyk说。“对爬行动物将保留3.2亿年前存在的祖先运动模式的期望太简单了。”

结果表明，非哺乳动物突触的骨架实际上非常坚硬，完全不同于在横向上非常柔顺的蜥蜴。此外，在哺乳动物的进化过程中，新的功能被添加到这个坚硬的祖先基础中，包括后背部的矢状弯曲和前部扭曲。这些新功能的添加对于构建功能上正常的哺乳动物骨干至关重要，从而使现代哺乳动物能够真正快速地奔跑并旋转脊椎以修饰其毛皮。

皮尔斯说：“通过严格地分析化石记录，我们能够拒绝简单得多的从横向到矢向的假设，而得到一个更为复杂和有趣的演化故事。”“我们现在揭示了形成独特的哺乳动物骨架的进化途径。”

这项研究是有关哺乳动物骨干进化的一系列正在进行的项目的一部分，将其发育，形态，功能和进化结合在一起。琼斯说：“我们还没有完整的故事，但我们正在接近。”

研究人员现在正在使用椎骨的三维建模来了解哺乳动物的祖先是如何运动的。琼斯说：“我们现在正在用CAD辅助的三维模型测试以前的研究。”“到目前为止，它运行良好，似乎可以支持我们在本文中发现的内容。”

参考：卡特里娜·琼斯（Katrina E. Jones），布雷克·迪克森（Blake V.Dickson），肯尼斯·安吉尔奇克（Kenneth D.Angielczyk）和斯蒂芬妮·皮（Stephanie E.Pi）于2021年3月2日发表在《当代生物学》杂志上，“适应性景观挑战了哺乳动物椎骨进化的“从侧向矢”范式。
10.1016 / j.cub.2021.02.009

卡特里娜·琼斯（Katrina E. Jones）目前是英国曼彻斯特大学的总统研究员。

布莱克·迪克森（Blake Dickson）目前是杜克大学进化人类学系的博士后研究员。