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從“牙尖嘴利”到“無齒之徒” 鳥類到底經歷了什么

2020-05-14 科技日報 陸成寬
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植食性古鳥類(左)和小型掠食性恐龍(右)的生態復原場景鄭秋旸繪圖

  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系?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》雜志發表了一篇論文,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,屬于已經滅絕的反鳥亞綱,它們身長只有十幾厘米,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并且原位保存在齒骨以及上頜骨的齒槽里,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志恒告訴科技日報記者。

  但也并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干鳥類——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

  在李志恒看來,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”。比如屬于基干鳥類的熱河鳥,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。”李志恒說,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面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。

  沒有牙齒沒關系它們還有喙

  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并慢慢軟化,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。

  李志恒表示,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,只不過形狀不同,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嚙緣齒,即喙前端側面有一個齒狀突起,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。”李志恒強調。

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  鳥類牙齒消失原因眾說紛紜

  為什么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系。沒有了牙齒,鳥類的體重就會減輕,從而更利于飛行。

  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只剩下了“假基因”(不完整的序列)。于是,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,首都師范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(后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,將會有助于提高鳥類的孵化成功率,對種群的延續具有重要的意義。

打印 責任編輯:侯茜

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