我国科学家首次发现初龙型动物胎生证据

晓丁

[本刊讯]由合肥工业大学资源与环境工程学院刘俊领衔来自国土资源部成都地质矿产研究所、中国科学院南京地质古生物研究所、美国蒙大拿州立大学、英国布里斯托尔大学、澳大利亚悉尼大学以及昆士兰大学等研究人员组成的团队，首次在采自于云南罗平国家地质公园的初龙型爬行动物化石中发现胎生证据，重塑了科学家对爬行动物生殖方式演化的理解，并显示胎生和后代性别基因决定机制两者结合使得爬行动物得以成为中生代海洋中的霸主。成果发表于2017年2月14日的英国NatureCommunications杂志。2月23日该项科研成果被Nature杂志遴选为当周科学界研究亮点。

重要的进化事件，譬如脊椎动物从海洋登陆，通常由一系列重要的形态结构上的改变而导致。胎生在羊膜卵动物中的演化所导致的脊椎动物由陆地重返海洋是生命进化史上的重要一环，是除鸭嘴兽等少数几种动物外所有其他哺乳动物的一大典型特征。在这些哺乳动物中，母体通过胎盘给胎儿提供营养。事实上，胎生在蜥蜴和蛇类中也较常见。在有些蜥蜴和蛇类中，胚胎在母体中直接成长孵化，出生时就与外界环境有直接接触。在现生约9400种蜥蜴和蛇类中，约20%左右的物种采取胎生方式。初龙型动物是包含现生的鳄鱼和鸟类，以及绝灭的恐龙和翼龙等在内的爬行动物，目前现生种类约有1万多种，但是在这一类群中，从未发现胎生。

新发现的化石是一种不同寻常的长脖海怪，长3-4米，脖子长度可达到躯干的两倍，外形有点像传说中的尼斯湖水怪。此化石属于一种名为恐头龙的海生爬行动物，属原龙类，比现生初龙类更原始，主要生活在中三叠世特提斯洋东岸的浅海区域，即现在的华南地区。

胚胎化石位于母体的内部，躯干整体指向母体的前方，而一般被捕食的猎物未消化之前在体腔内部头朝后，这证明此胚胎化石为母体内正在成长的胎儿，而不是同类相食的结果。胚胎化石呈卷曲状，是脊椎动物胚胎的典型姿势。胚胎化石骨化较好，显示其处于较高级的胚胎发育阶段。胚胎周围也没找到钙化的蛋壳。这些证据都指示恐头龙应为胎生，这也与恐头龙高度适应水生的形态特征吻合。长长的脖子和鳍状的四肢都指示恐头龙不大可能爬到陆地下蛋。

对化石進一步的研究和全新的谱系发育分析首次证实胎生在初龙型动物中的存在，这使得对初龙型动物生殖方式的了解从侏罗纪前推到三叠纪，往前跨越了5千万年。

一些现生的爬行动物，譬如鳄鱼，其后代性别由外界环境温度决定，而鸟类和哺乳动物的后代性别则由基因决定。后代性别的决定机制已被证实与辐射演化密切相关。为进一步探讨胎生在初龙型动物中出现的意义，研究者通过谱系模拟，发现恐头龙的后代性别由基因决定。考虑到与恐头龙关系最密切的现生类群，包括龟类和鳄鱼，其后代性别都是由环境温度决定的。这是一项非同寻常的发现。

通过化石鉴定性别的决定机制不是一件容易的事，这是因为性别决定机制本身不能保存为化石。在羊膜卵化石中要想判断后代性别由什么决定，首先需要收集现生羊膜卵动物的性别决定机制和生殖方式，然后利用它们相互之间的亲缘关系以及化石物种所显示的生殖方式，通过谱系模拟来推测绝灭生物的性别决定机制。

在低纬度地区的开阔海洋中，温度相对比较稳定。这种环境对性别由外界温度决定的羊膜卵动物来说不具有优势。与此同时，爬行动物的蛋不能在水里孵化。这是因为蛋里的胚胎需要从外界的空气呼吸氧气，而这一交换过程在海水中极为缓慢。这似乎意味着同时具有胎生和性别基因决定机制的爬行动物应该更为适应开阔海洋中的生活。该研究所进行的谱系模拟支持上述假设，帮助像恐头龙这样的爬行动物成为统治中生代海洋的霸主。

对恐头龙的分析显示，在初龙型动物中没有内在的遗传或者发育机制阻止胎生在这一类群中的演化。这一重要发现将使得学界目前的研究重心从对什么因素限制了胎生在初龙型动物中的出现，转移到探讨自然选择在初龙型动物演化出胎生中所扮演的角色。