出品：科普中國
制作：栗靜舒
監(jiān)制：中國科學院計算機網絡信息中心
上世紀八十年代 ， 美國堪薩斯大學的古鳥類學家拉里·馬?。↙arry D. Martin）首次在白堊紀今鳥型類化石中觀察到了齒骨邊緣的一個小小骨茬 。 根據它所在的位置 ， 馬丁將其命名為前齒骨 。
今鳥型類是中生代最為進步的鳥類支系 ， 現生鳥類就是從中演化而來 。 直至今日 ， 除了在中生代今鳥型類（如燕鳥、義縣鳥、紅山鳥等）中發(fā)現了前齒骨 ， 無論是在更原始的類群（比如始祖鳥 ， 孔子鳥或者反鳥類） ， 還是在現生鳥類里 ， 都再也追尋不到前齒骨的蹤影 ， 因此可謂“空前絕后” 。
這塊奇特的小骨頭就像是譜寫在演化史上神秘而孤立的一章 。 當前學術界對于這塊小骨頭的研究 ， 也僅停留在簡要的描述階段 ， 并不了解其來源以及功能 。
而馬丁的學生——曾經在堪薩斯大學獲得博士學位、現如今為中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員的周忠和 ， 卻從未停止對它的好奇和探究 。 11月18日 ， 《美國科學院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了周忠和、Alida Bailleul團隊的研究成果 ， 有望揭開這塊神秘骨頭的面紗 。
神秘小骨頭的存在竟是為了獲取食物？
本次研究的材料——熱河生物群的馬氏燕鳥（Yanornis martini）化石 ， 發(fā)現于中國遼寧省西部朝陽市的九佛堂組 ， 種名“馬氏”就是為了紀念首次命名前齒骨的古生物學家馬丁 。 燕鳥的大小與白鴿接近 ， 頭骨很長 ， 嘴里約有30顆牙齒 。 從燕鳥胃部殘留的魚類骨骸推測 ， 魚類可能是燕鳥的主要食物來源 。
此次 ， 當研究者運用骨骼形態(tài)觀察、顯微CT以及nano-CT斷層掃描重建、古組織學切片、掃描電子顯微鏡分析等多種手段分析前齒骨時 ， 他們在前齒骨以及齒骨之間發(fā)現了特殊的關節(jié)軟骨存在的痕跡 。
關節(jié)軟骨痕跡 （圖片來源：Bailleul et al.,PNAS, 2019）
關節(jié)軟骨的存在表明 ， 前齒骨可能通過此關節(jié)與齒骨相連 ， 并受下頜神經分支的控制 。 這個關節(jié)可以增加下頜的活動性 ， 而這種增強的活動性顯然與鳥類的取食功能有關 。 顯然 ， 可動的下頜使得鳥類在獵食的時候擁有了更高度的靈巧性 ， 因此 ， 這一只馬氏燕鳥在捕食它生命中“最后的晚餐”——某條魚的時候 ， 前齒骨無疑發(fā)揮了一定的作用 。
馬氏燕鳥復原圖 （圖片來源：論文作者提供）
前齒骨的“前身”
基于化石以及已有的現生鳥類的胚胎發(fā)育的研究數據 ， 研究人員對前齒骨的來源也進行了探討 。
首先 ， 在現生鳥類齒骨骨骼形成的發(fā)育過程中 ， 并沒有前齒骨發(fā)育的任何線索；其次 ， 研究者推測前齒骨與麥氏軟骨（Meckel’s cartilage, 也稱第一鰓弓軟骨或下頜軟骨）的發(fā)育也無直接關系 ， 而應該屬于籽骨（Sesamoid bone）一類的骨骼 。
從解剖學上講 ， 籽骨是嵌入肌腱內的骨骼 。 在人體內 ， 籽骨通?？梢娪诳珀P節(jié)的肌腱處（如手、膝、足等部位） ， 一般起到保護肌腱和提高其機械性的功能（例如存在于膝關節(jié)的髕骨） 。 而前齒骨就可能起到了相類似生物力學作用 。 一般情況下 ， 籽骨都生長在頭后骨骼部分 ， 但是也有特殊情況 ， 比如北島垂耳鴉的頭骨內下頜關節(jié)部分 ， 就長有三塊籽骨 。 而前齒骨 ， 可能就是這種長在頭骨的特殊籽骨 。
也就是說 ， 前齒骨并非起源于頜骨中任何已有的骨骼 ， 它的出現代表今鳥類演化的一個特有支系中的創(chuàng)新特征 。 但是鑒于前齒骨的化石很小 ， 保存也更為罕見 ， 這一推測仍有待進一步研究予以驗證 。
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