关于早期四足动物如何学会在陆地上生活和饮食的新证据不断涌现

提克塔阿利克（Tiktaalik）的插图，它是最早过渡到陆地的古老物种之一。一项新的研究揭示了陆生的第一批动物如何进食的线索。

芝加哥大学的一项新研究发现，有鳍鳍鱼类提克塔利克玫瑰科（Tiktaalik roseae）在觅食时既能咬又能吸，类似于现代的鱼类，即“ gars”。

科学家们好奇地发现陆上的第一批动物是如何进化而来的，因为大多数饮水者都使用吸力来吸食，而这在陆地上是行不通的。发表在《美国国家科学院院刊》上的新结果提供了证据，证明基于咬的饲料最初是在水生物种中进化的，后来被改编为在陆地上使用。

高级作者罗伯特·R·本斯利杰出人物尼尔·舒宾说：“玫瑰花扁线虫（T. roseae）是一种扁平的头骨，让人联想到短吻鳄，它生活在“从水上生命过渡到陆地上生命的风口浪尖上”。芝加哥大学生物生物学与解剖学服务教授，研究其化石遗迹可以提供新的见解，以了解陆地上生命的关键特征最初是如何演变的。

芝加哥大学的博士后研究员，该研究的第一作者贾斯汀·伦伯格（Justin Lemberg）说：“水不同于空气，它的密度更大，粘度更高。”“这将给首次移出水面并移入陆地的动物造成独特的问题，包括运动，繁殖，维持体内稳态和感官加工，当然还有喂养方面的挑战。如果您不能在土地上养活自己，如何殖民它？”

使用颅部运动，吸力和咬咬来捕获猎物的婴儿短吻鳄的高速视频（类似于为提克塔利克玫瑰科提出的喂养策略）。

大多数水生脊椎动物使用吸食来帮助将猎物拉入它们的嘴中。为了产生吸力，许多种类的鱼可以横向扩展其头骨，以张开嘴巴并产生负压。颅骨相互之间的这种运动称为颅运动。

伦贝格说：“吸料在陆地上是无效的，因为它不再能远距离工作，而且很难建立吸取东西所需的压力密封。”因此，陆生脊椎动物不得不转向其他方法来捕获猎物。但是化石证据表明这是如何发生的，远不止是从鳍到肢体的过渡。我们想专门研究玫瑰三叶草头骨中缝合在一起的缝合线，看看骨头是否可以告诉我们头骨的使用方式。

该研究小组使用了先进的新型计算机断层扫描（CT）分析来对玫瑰蔷薇颅骨的形态进行详细检查。这使他们能够确定其他技术未曾发现的关键新特征，包括滑动关节，该滑动关节将为动物横向扩展其头骨以产生吸力提供必要的颅运动。

舒宾说：“我们于2004年发现了提克塔阿利克（Tiktaalik），当时，它是用经典方法制备的，用谷物从化石中去除岩石。”“在贾斯汀加入该项目时，我们已经获得了这项CT扫描技术，该技术使我们能够以3D方式看到头骨，而无需费力地将每个零件取出来查看其形状和运动。使用CT分析改变了我们思考头骨的方式。”

Tiktaalik（上图）和扬子鳄（下图）的并排比较显示出类似形状的口鼻，可能暗示了进食策略的趋同。

研究人员指出，玫瑰木和早期分析短吻鳄头骨的工作之间有着明显的相似性，而短吻鳄是以前被认为仅使用侧向捕捉动作捕获猎物的“活化石”物种。在2019年的一项研究中，伦伯格（Lemberg）等人。 al。发现鱼在进食时可协同使用侧向咬合和吸力，这要归功于其头骨中独特的滑动关节，有助于在咬人时产生吸力。

这些相似之处使研究人员相信，玫瑰蔷薇科也可能以同样的方式觅食，这表明这种适应性可能很早就在动物定居之前就进化了。

鳄鱼骨颅骨的基于CT的脱节模型，显示了颅脑运动的颅骨功能区域之间的关节。

舒宾说：“真正令我惊讶的是，四足动物在陆地上使用的每一项创新，每一项发明，最初都以某种形式出现在鱼类中，包括肺，附肢，以及现在的喂养方式。”

除了向我们介绍远方的鱼类祖先的进化之外，更好地了解玫瑰茄等生物的生物学和行为，还可以为我们的解剖结构和发育提供新的见解。

伦贝格说：“水陆过渡的整洁之处在于，它对我们来说是深具个性的。”“我们如何到达现在的位置，我们适应了哪些进化怪癖？”

Tiktaalik roseae颅骨的基于CT的脱节模型，显示了颅脑运动的颅骨功能区域之间的关节。

例子：莱姆伯格指出，在分析玫瑰三角锥颅骨的运动范围时，似乎移动最多的三根骨头是最终整合到哺乳动物中耳中的骨头。

伦贝格说：“提克塔利克的那三根骨头是我们用来听声音的东西。”“现代哺乳动物保持着一点点颅骨运动！”

另一位作者是德雷克塞尔大学的爱德华·戴斯勒（Edward B. Daeschler）。

参考：Justin B. Lemberg，Edward B. Daeschler和Neil H. Shubin在2021年2月1日于美国国家科学院院刊上发表的论文“提克塔利克玫瑰科植物的进食系统：吸食与咬食之间的中介”。
10.1073 / pnas.2016421118

资金：两位匿名捐助者；费城自然科学研究院；布林森基金会；普特南远征基金（哈佛大学）；芝加哥大学；国家地理学会研究与探索委员会；国家科学基金会。