鳥類怎么搞丟了牙

●木華 編 ○秋陽 繪

眾所周知，所有現(xiàn)生的鳥類都沒有牙齒，它們各自進化出不同形狀的喙，以適應(yīng)不同的取食需求。不過，化石記錄表明，早期鳥類和它們的祖先獸腳類恐龍一樣，嘴里都是長滿牙齒的。以往科學(xué)界對現(xiàn)生鳥類喙的發(fā)育過程有比較深入的研究，但是對鳥類牙齒丟失的原因卻一直眾說紛紜。那么，鳥類到底是如何在漫漫歷史長河中把牙給弄丟的呢？

最近，發(fā)表在《美國科學(xué)院學(xué)報》上的一項最新成果稱，在竊蛋龍類和基干鳥類中發(fā)現(xiàn)了牙齒在個體發(fā)育過程中逐漸丟失的現(xiàn)象，并指出牙齒的異時發(fā)育退化才是導(dǎo)致鳥類牙齒丟失的直接原因。

鳥類沒牙齒，是為了減重還是基因突變？

人類對鳥喙形態(tài)的研究歷史可以追溯到19世紀(jì)中葉。當(dāng)時，達爾文在隨“貝格爾號”進行環(huán)球航行時，注意到了生活在加拉帕戈斯群島不同島嶼上的地雀具有不同形態(tài)的喙，可以幫助它們適應(yīng)不同的食性并占據(jù)不同的生態(tài)位。雖然達爾文將這一發(fā)現(xiàn)作為支持物種進化的有力證據(jù)寫入了《物種起源》，但他并沒有回答鳥類牙齒如何丟失的問題。

為了獲得一個功能而失去或得到一個器官，在演化上是很難實現(xiàn)的，這好比人類想飛上天，但從來不會長出翅膀。不過，當(dāng)時并沒有人對此提出質(zhì)疑。因為不論是支持還是反對都需要證據(jù)，當(dāng)時全世界發(fā)現(xiàn)的早期鳥類化石都非常稀少，由于標(biāo)本有限而且相當(dāng)破碎，人們根本無法系統(tǒng)推測早期鳥類到底長什么樣兒，也不清楚長牙的早期鳥類究竟只有始祖鳥還是所有的早期鳥類都長牙。

在隨后的很長一段時間里，科學(xué)界對此并無更多探討。直到2014年底，有學(xué)者才在分析了數(shù)百種沒有牙齒的現(xiàn)生脊椎動物基因序列的基礎(chǔ)上提出：鳥類沒有牙齒是因為它們與牙齒發(fā)育相關(guān)的基因發(fā)生了突變。

實際上，大多數(shù)早期鳥類都是長牙的，只不過長得不是很整齊，有些丟失前面的幾顆牙，有些丟失后面的幾顆牙。牙齒只要能生長就說明早期鳥類與牙齒發(fā)育相關(guān)的基因并沒有發(fā)生突變，而是某些其他的原因?qū)е铝锁B類牙齒的丟失。

牙齒長丟了，是否緣于異時發(fā)育退化

在本次研究中，研究小組發(fā)現(xiàn)牙齒在個體發(fā)育過程中逐漸丟失的現(xiàn)象在竊蛋龍類和基干鳥類中同樣存在，并且在恐龍向鳥類演化的過程中牙齒異時發(fā)育丟失的時間不斷提前。研究小組稱，這說明牙齒的異時發(fā)育退化才是導(dǎo)致鳥類牙齒丟失的直接原因。

所謂異時發(fā)育，就是發(fā)育的時間和速率發(fā)生的改變。我們看到的動植物的很多特征都是異時發(fā)育的結(jié)果。比如雄獅長有鬃毛，雌獅則沒有。這是因為在這個特征上雄獅比雌獅多走了“一步”。

鳥類的祖先恐龍是有牙齒的，但是有那么幾種恐龍，第一代還有牙齒，但隨后的幾代牙齒慢慢就不長了，取而代之的是角質(zhì)喙慢慢長出來了。最初長牙的基因沒有突變丟失，而是慢慢關(guān)閉了。作為一個新出現(xiàn)的器官，角質(zhì)喙慢慢取代了牙齒的功能，成為了鳥類取食的重要器官。此后，作用于牙齒發(fā)育基因上的自然選擇壓力逐漸減小，這些基因開始發(fā)生突變。這說明科學(xué)家們在現(xiàn)生鳥類中發(fā)現(xiàn)的基因突變是鳥類演化后期才出現(xiàn)的現(xiàn)象，而真正導(dǎo)致早期鳥類牙齒丟失的原因來自異時發(fā)育。人類現(xiàn)有的技術(shù)還不能直接檢測鳥類化石上殘留的遺傳物質(zhì)，因此要想回答鳥類的牙齒是如何丟失的問題，還必須借助古生物學(xué)證據(jù)。

恐龍掉牙關(guān)鳥什么事

那么，問題來了?？铸堁例X丟失關(guān)鳥類喙的演化什么事兒？新研究真的就這么靠譜嗎？

目前的證據(jù)普遍支持獸腳類恐龍是鳥類的祖先，因此要研究鳥類起源以及鳥類重要特征的起源，就先要知道鳥類的祖先身上發(fā)生過什么。這一點就好比我們想知道人類的起源，就需要研究猩猩一樣。

相比以往對于鳥類牙齒丟失的假說，這一新的發(fā)現(xiàn)更有說服力。首先，基于大數(shù)據(jù)的特征相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，牙齒的丟失與角質(zhì)喙的發(fā)育存在著必然的聯(lián)系。以往的研究表明，骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP不僅控制著牙齒發(fā)育，也參與角質(zhì)喙的發(fā)生過程。通過發(fā)育生物學(xué)實驗證實，這一信號通路表達的上調(diào)在引起牙齒發(fā)育中斷的同時還可以促進角質(zhì)喙的生長——這一結(jié)果第一次闡明了牙齒異時發(fā)育退化可能的機制。

其次，從泥潭龍到竊蛋龍再到早期鳥類都存在這一現(xiàn)象，說明牙齒的異時發(fā)育丟失是脊椎動物牙齒演化常用的一種“手段”。因此，這樣的結(jié)論是建立在多條證據(jù)鏈的基礎(chǔ)上，通過形態(tài)學(xué)、演化發(fā)育生物學(xué)、大數(shù)據(jù)分析等分析手段獲得的，具有很高的可信度。這一工作標(biāo)志著鳥類牙齒如何丟失這個困擾科學(xué)家們將近一個世紀(jì)的科學(xué)問題或許最終得到了回答。