科學家解開3.2億年前爬蟲類骨甲之謎

從那時起，成骨細胞就成為演化過程中反覆出現的元素。然而，令人驚訝的是我們對它們仍然知之甚少。為什麼它們會不斷出現在烏龜、鱷魚、蜥蜴、蛇甚至恐龍等不同的群體中？是否有一個單一的皮癬菌祖先產生了所有這些皮癬菌？

在《林奈學會生物學期刊》上發表的一項新研究中，我們探討了這個問題。我們將化石證據與現代計算工具結合，重建了爬行動物皮膚骨骼 3.2 億年的演化史。

我們的發現總結了一個長達幾個世紀的爭論：真皮骨在多個蜥蜴譜系中獨立演化。在這個過程中，我們也追蹤了它們最具標誌性的群體之一——Goannas 的獨特進化捲土重來。

當骨頭還很淺的時候

化石記錄中最古老的真皮骨骼可追溯到 4.75 億年前。當時，一些早期脊椎動物已經發展出複雜的骨外骨骼。

這似乎違反直覺，因為脊椎動物的字面定義是它們有脊椎。然而，它們的內部骨骼直到5000萬年後才進化。

在演化史上，皮膚形成骨組織的能力一次又一次地重新出現。魚鱗就是一個例子。

另一個例子是成骨細胞——生活在陸地上的動物的皮骨。在遙遠的過去，成骨細胞離開了水體，可能幫助動物適應陸地生活。

除此之外，情況就變得不太清晰了。骨皮細胞在大多數譜系中已經消失，但仍在繼續出現，特別是在爬行動物中。為了了解這是如何發生的，我們需要拼湊出一個複雜的演化難題。

骨頭講述的故事

想像一下，您在銀行搶劫案發生很久之後才到達現場。沒有完美的見證人。你正在和幾十個人交談——其中一個人看到了逃跑的汽車，另一個人注意到了劫匪的夾克。還有人聽到了警報聲。

每個故事都是不完整的，有些甚至互相矛盾。但當你收集更多的帳戶時，一些細節開始整合起來。最終，一幅連貫的畫面出現了。

這就是我們解開爬行動物皮膚骨骼之謎的方法。我們的見證者有 643 種現存和滅絕的物種。每個都以某種方式與另一個相關，並提供了獨特的視角。我們繼續調查，直到他們的故事開始趨同。

我們發現，大多數蜥蜴首先在侏羅紀晚期和白堊紀早期（距今一億多年前）演化成骨皮。當時，一些最著名的恐龍在地球上漫遊，其中包括高聳的恐龍 腕龍， 兇猛的 異特龍，由面板支持 劍龍。

氣候和生態系統正在迅速變化，帶來新的挑戰和機會。盔甲可能幫助蜥蜴抵禦掠食者、克服惡劣的環境或遷移到新的棲息地。

在骨皮層進化的早期爆發之後，速度減慢了，從那時起，大多數群體都堅持使用他們的骨皮層。

但有一個重大例外。

巨蜥的歸來

巨蜥（在澳洲也被稱為巨蜥）的祖先完全失去了它們的骨皮——可能是因為它們積極的生活方式和高效的身體在沒有額外體重的情況下可以更好地運作。

但當它們的後代在大約 2000 萬年前抵達澳洲時，發生了一件了不起的事情：它們再次繁殖。

我們可以認為這種重新演化可以追溯到中新世時期，當時澳洲的氣候變得更加乾燥。皮樣骨可能有助於減少水分流失，並可能在開闊、貧瘠的地區提供保護。

令人驚訝的是，巨蜥是已知的唯一一種在失去骨皮後又重新獲得骨皮的蜥蜴譜系。這挑戰了多洛定律，該定律規定，一旦複雜特徵消失，它就無法再次進化。

解決百年爭議

1900 年代初，研究人員假設蜥蜴從共同祖先遺傳了骨皮細胞。

後來，這種觀點讓位給這些骨板在選定的群體中獨立演化的觀點。隨之而來的是關於基本進化機制的討論，甚至是在分子層面上，但這些討論並沒有將成骨細胞的起源固定在導致當今爬行動物的清晰進化時間表中。

我們的研究提供了這個基礎，我們很自豪能在查爾斯·達爾文首次分享他的開創性思想的同一期刊上發表它。在許多方面，我們的工作是過去和現在的混合。

化石證據幫助我們解決了一個長期存在的問題，但只有現代計算才能將數千個進化場景縮小為一個連貫的故事，每個場景都基於數百個物種的特徵數據。

證據很明確：數億年來，不同蜥蜴譜系的骨皮細胞獨立進化了多次。現在我們知道了，科學家將能夠研究背後的遺傳和發育機制。

在蜥蜴中，巨蜥是唯一已知失去這種盔甲的物種，但在顯著的進化發展中又重新獲得了它。這種模式與澳洲發現的其他進化異常現象完美吻合，澳洲有袋動物占主導地位，哺乳動物產卵。

它還表明，進化很少遵循直線路徑，而是蜿蜒穿過我們星球上不斷變化的條件。