現有爬行動物還是先有卵?新研究挑戰關於早期動物繁殖的主流觀點
南京大學和布里斯托爾大學的研究人員發現,最早的哺乳動物、爬行動物和鳥類可能生下了活的幼崽。以前,人們認為羊膜動物–一類在卵內的保護膜中進行胚胎或胎兒發育的脊椎動物–的成功主要歸功於硬殼卵。然而,一項對51 個化石物種和29 個可歸類為卵生(產硬殼或軟殼卵)或胎生(產活體幼仔)的活體物種的最新研究表明,事實並非如此。
最近發表在《自然-生態學與進化》(Nature Ecology & Evolution)上的研究結果表明,羊膜動物的所有主要進化分支,即哺乳綱、鱗龍目(蜥蜴及其近緣種)和弓龍目(恐龍、鱷魚、鳥類)的祖先都具有胎生性和胚胎保留時間延長的特點。
羊膜卵,圖像展示其中的半透膜殼和胚外膜。資料來源:Mike Benton
胚胎保留時間延長(EER)是指幼體被母體保留的時間長短不一,這可能取決於什麼時候生存條件最好。
雖然硬殼蛋經常被視為進化過程中最偉大的創新之一,但這項研究表明,是延伸胚胎保留(EER)為這類特殊動物提供了終極保護。
布里斯托爾地球科學學院的邁克爾-本頓教授解釋說:”在羊膜動物之前,最早從魚鰭進化出四肢的四足動物大致都有兩棲的習性。它們必須生活在水里或水邊覓食和繁殖,就像青蛙和蠑螈等現代兩棲動物一樣。”
“當羊膜動物在3.2 億年前出現時,它們通過進化出防水皮膚和其他控制水分流失的方法,擺脫了水的束縛。但羊膜蛋才是關鍵。據說羊膜蛋是一個’私人池塘’,發育中的爬行動物在其中受到保護,不會在溫暖的氣候中乾涸,並使羊膜動物能夠遠離水邊,主宰陸地生態系統。”
項目負責人蔣寶玉教授補充說:”這一標準觀點受到了挑戰。生物學家注意到,許多蜥蜴和蛇類在卵生和胎生之間表現出靈活的生殖策略。
一具來自中國早白堊世的池州龍寶寶骨架,它蜷縮在一枚羊皮紙殼蛋的殘骸中。圖片來源:南京大學蔣寶玉
“有時,親緣關係很近的物種會同時表現出這兩種行為,而事實證明,生龍活虎的蜥蜴比人們想像的更容易變回產卵的蜥蜴”。
阿明-埃爾斯勒博士說:”此外,當我們觀察化石時,我們發現其中許多都是活體動物,包括中生代的海洋爬行動物,如魚龍和長尾龍。其他化石,包括這裡描述的一種來自中國白堊紀的蝶形目動物化石,表明卵生和胎生之間的來迴轉換發生在其他類群中,而不僅僅是蜥蜴。”
約瑟夫-基廷博士解釋說:”EER在當今脊椎動物中非常普遍,發育中的幼體或多或少地由母體保留一段時間。EER在當今的蜥蜴和蛇類中很常見,而且變化多端。它們的幼體可以在不同的發育階段被釋放出來,有的在卵內,有的以小蠕蟲的形式被釋放出來,EER似乎具有生態優勢,也許可以讓母體在氣溫足夠暖和、食物供應豐富的時候釋放幼體。”
本頓教授總結道:”我們的研究,以及近年來許多其他研究的結果,將教科書中經典的’爬行動物卵’模型扔進了垃圾箱。”
“最早的羊膜動物進化出了延長的胚胎保留期,而不是硬殼卵,以在母體內或多或少地保護髮育中的胚胎,從而可以推遲出生,直到環境變得有利為止。第一批羊膜動物的嬰兒是出生在羊皮紙蛋中,還是作為活生生的、會咬人的小昆蟲食人獸,我們不得而知,但這種適應性的親代保護使它們比產卵較早的四足動物更具優勢”。