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简单的单细胞微生物是如何成为鱼类和巴西猴子——以及我们——的复杂群落的?人们普遍认为,进化的过程总是在亿万年的时间里发生,随机的有利变化最终会逐渐向更复杂的方向转变。但事实可能并非如此。

斯蒂芬妮·e·皮尔斯·托马斯·卡伯特(Stephanie E. Pierce Thomas D. Cabot)是比较动物学博物馆(Museum of Comparative Zoology)的生物与进化生物学副教授、脊椎动物古生物学馆长,卡特丽娜·琼斯(Katrina Jones)是研究助理。研究人员最近在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表了一篇论文,对其中的七个假设进行了测试。

皮尔斯说:“这是一篇关于理解哺乳动物这种复杂特征是如何进化的基础论文,但它也是一个更广泛地理解复杂性进化的伟大模型系统。”“你回到非常古老的教科书,甚至是古老的脊椎动物古生物学教科书,人们会写道,‘哺乳动物’的脊椎非常复杂,而它们的祖先却不是。但没有中间地带。我们正试图找到两者之间的平衡点。”

人们通常认为,复杂性是随着时间的推移而缓慢发展的——就像琼斯所说的那样,这造成了这样一种印象:“一种不可阻挡的进化规律,或者一件不可避免的事情,每时每刻都在发生。”但琼斯和皮尔斯的数据集显示,哺乳动物和突触类动物(哺乳动物所属的分支)的复杂性比进化的大范围趋势所显示的要快得多。

脊椎复杂性的最大飞跃发生在犬齿类动物身上。犬齿类动物是已经灭绝的哺乳动物的先驱者,它们首先进化出了更多类似哺乳动物的活跃生活方式。这种跳跃,加上现存哺乳动物的新陈代谢和复杂性之间的相互关系,暗示着不断增加的活动水平可能触发了复杂性的进化。

琼斯说:“需要了解的重要一点是,进化并不总是在每个群体和每个时期以相同的速度发生。”“但有时把进化之谜的所有碎片放在一起是相当棘手的。”

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琼斯、皮尔斯和来自芝加哥菲尔德博物馆的合著者肯·安吉尔奇克需要编写他们自己的一套复杂的拼图。他们需要从世界各地的化石中收集数据。

皮尔斯说:“我们不得不对保存完好的脊柱进行彻底的检查,几乎百分之百的完好无损。”“我们在三年的时间里收集了这些数据……我们去了很多博物馆,从不同的时间点看了很多化石。”

标本来自德国、英国、南非和南美洲。但是无论研究小组在哪里收集骨头,他们经常遇到同样的问题:保存较差的化石。事实证明,如果你真的想研究这些骨骼,那么早期古生物学中展示化石的方法——在化石上涂上颜料,或者在化石上抹上灰泥,或者在化石上安上金属丝让它们直立起来——并不理想。

“以前没有人研究过脊椎是有原因的,”琼斯笑着说。“我们经常不得不使用微ct,它类似于医院的CAT扫描,但功能更强大,然后用数字技术从岩石上移除这些脊柱。”

但是现在科学家们有了广泛的数据集,各种各样的探索正在出现。他们在《自然通讯》上发表的新论文实际上是来自这些数据的第二篇论文——第一篇发表在《科学》杂志上,揭示了构成哺乳动物脊椎骨的区域的进化史。该团队正计划进行更多的研究,但可能要花费数年时间才能从这些数据集中挖掘出真知灼见。

“这是一个职业生涯的数据价值,”琼斯说。

这项研究是由国家科学基金会资助的。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/11/mammalian-vertebral-columns-may-reflect-pace-of-evolution/

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