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早白堊世反鳥類“嬌小意外鳥”化石中的“下蛋特需”髓質骨

嬌小意外鳥(Mirusavis parvus)正型,比例尺10 mm。(文中圖片均由王敏提供)

嬌小意外鳥(Mirusavis parvus)正型,比例尺10 mm。(文中圖片均由王敏提供)

嬌小意外鳥的肢骨骨組織橫切面,顯示在肱骨、橈骨、股骨和脛跗骨中均有髓質骨(mb)形成。

嬌小意外鳥的肢骨骨組織橫切面,顯示在肱骨、橈骨、股骨和脛跗骨中均有髓質骨(mb)形成。

嬌小意外鳥CT掃描顯示,髓質骨在幾乎全部保存的頭后骨骼中出現

嬌小意外鳥CT掃描顯示,髓質骨在幾乎全部保存的頭后骨骼中出現

髓質骨在獸腳類恐龍中的分布,注意位于中間的嬌小意外鳥(Mirusavis parvus)。黑色:骨骼缺失;紅色:髓質骨出現;橘黃:髓質骨缺失;灰色:難以確定髓質

髓質骨在獸腳類恐龍中的分布,注意位于中間的嬌小意外鳥(Mirusavis parvus)。黑色:骨骼缺失;紅色:髓質骨出現;橘黃:髓質骨缺失;灰色:難以確定髓質骨是否保存;藍色:髓質骨是否保存沒有確認。

(神秘的地球uux.cn報道)據中國科學雜志社:中科院古脊椎動物與古人類研究所王敏、鄒晶梅、Alida Bailleu、李志恒在《國家科學評論》(National Science Review,NSR)發表文章,報道了一件新發現的早白堊世反鳥類——嬌小意外鳥(Mirusavisparvus)化石。這是迄今發現的髓質骨保存最完好的中生代鳥類化石,證明在鳥類演化早期,髓質骨就已經在骨骼系統中廣泛分布。

髓質骨(medullary bone)是一類只在產卵期雌鳥體內出現的骨組織結構。在雌激素的影響下,髓質骨結構在雌鳥部分骨骼的髓腔中形成。產卵過程中,髓質骨能夠被快速吸收,為鳥類蛋殼的形成提供鈣、磷等礦物元素。可以說,髓質骨是雌鳥“燃燒自我,孕育后代”的直觀寫照。

在現生鳥類中,髓質骨的分布差異顯著。在斑紋鳥(Lonchura punctulata)中,髓質骨幾乎在所有骨骼中都能夠沉積,但在美洲雕鸮(Bubo virginianus)中,卻只在股骨和脛跗骨中出現。

髓質骨僅在產卵期短暫出現,所以在化石中的保存非常罕見。迄今,中生代鳥類中僅有兩件化石保存了確切無疑的髓質骨,分別是慈母鳥和鵬鳥類未定種。然而這兩件化石僅保存了部分后肢。

在這具嬌小意外鳥化石中,研究者在肱骨、尺骨、橈骨、頸椎、肩帶、胸骨、肋骨、股骨、脛跗骨等近乎所有頭后骨骼中均發現了保存精美的髓質骨結構。這是首次在中生代化石記錄中同一個體上發現如此廣泛分布的髓質骨,說明與現生鳥類相似的“髓質骨全身分布”模式很有可能是一種鳥類演化早期的原始特征。

對意外鳥體重的估算顯示,其鳥蛋質量約占體重的20%。這說明在產卵期這一短暫時間內,需要大量的鈣元素來形成蛋殼,而遍布全身的髓質骨很好地滿足了這一生殖需求。

髓質骨的分布受骨骼中氣腔和紅骨髓發育的影響較大。在氣腔程度高,或者造血骨髓相對少的骨骼中,髓質骨一般不沉積。由此,可以依據髓質骨在化石中的分布來判斷氣腔和紅骨髓發育的程度。髓質骨在意外鳥中全身分布,暗示著這一階段氣腔在前肢和肩帶區域的發育并不明顯。

在鳥類演化中,后肢是髓質骨相對穩定(保守)的儲庫,但隨著氣腔在身體前部的不斷擴展(減輕體重,氣囊增大等),髓質骨在該區域的分布亦受影響。在個體大小、發育模式(早成性或晚成性)、生態等多方面因素的互相作用下,現代鳥類呈現出髓質骨分布的巨大差異。而此次發現說明,在鳥類演化早期就出現了能夠有效滿足不同類群對鈣等元素需要的髓質骨全身模式,為后續系統演化提供了基礎。

該研究受國家自然科學優秀青年基金、基礎科學中心項目、中國科學院前沿科學重點研究計劃從“0到1”原始創新十年擇優項目、以及中國科學院青年創新促進會的支持,為鳥類演化早期的生殖和個體發育提供線索。

相關報道:中生代鳥類生殖和個體發育研究取得進展

(神秘的地球uux.cn報道)據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所:12月20日,《國家科學評論》(National Science Review)發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王敏、鄒晶梅、Alida Bailleu,李志恒的關于早期鳥類生殖和個體發育方面最新研究成果,報道了迄今發現的髓質骨保存最完好的中生代鳥類化石,證明了髓質骨在骨骼系統中廣泛分布這一模式在鳥類演化早期就已經出現。

髓質骨(medullary bone)是一類由雌激素分泌從而在髓腔中形成的特定骨組織結構,在現生羊膜類動物中僅在處于產卵期的雌性鳥類中出現。髓質骨能夠被快速吸收,是鳥類蛋殼形成所需的鈣和磷等元素的主要物源。髓質骨在現生鳥類骨骼系統中的分布差異顯著:如在斑紋鳥(Lonchura punctulata)中,髓質骨幾乎在所有骨骼中都能夠沉積,但在美洲雕鸮(Bubo virginianus)中,卻只在股骨和脛跗骨中出現。相較于系統發育關系,髓質骨的分布情況更易受骨骼中氣腔和紅骨髓發育的影響,通常在氣腔程度高,或者造血骨髓相對少的骨骼中,髓質骨一般不沉積。所以,髓質骨在化石中的發現不僅指示了史前生物的性別,還能為討論氣腔和紅骨髓發育的程度提供依據。由于髓質骨僅在產卵期短暫出現,所以在化石中的保存非常罕見。迄今,中生代鳥類中僅有兩件化石保存了確切無疑的髓質骨,分別是慈母鳥和鵬鳥類未定種。然而這兩件化石僅保存了部分后肢,所以難以回答髓質骨在骨骼系統中的分布問題。

王敏等依據一件新發現的早白堊世反鳥類——嬌小意外鳥(Mirusavis parvus),通過組織切片和CT掃描,在意外鳥近乎所有的頭后骨骼中均發現了保存精美的髓質骨結構,如肱骨、尺骨、橈骨、頸椎、肩帶、胸骨、肋骨、股骨和脛跗骨等,這是首次在中生代化石記錄中同一個體上發現如此廣泛分布的髓質骨,表明這一階段氣腔在前肢和肩帶區域的發育并不明顯,而與現生鳥類相似的“全身分布的髓質骨”模式很有可能代表鳥類演化早期一種原始的特征。對意外鳥體重估算顯示出其蛋的質量約占體重的20%,因此在產卵期這一短暫時間需要大量的鈣元素來形成蛋殼,而遍布全身的髓質骨很好的滿足了這一生殖需求。在鳥類演化中,后肢是髓質骨相對穩定(保守)的儲庫,但隨著氣腔在身體前部的不斷擴展(減輕體重,氣囊增大等),髓質骨在該區域的分布亦受影響。而在現代鳥類中呈現出的髓質骨分布的巨大差異,則是個體大小、發育模式(早成性、晚成性)、生態等多方面因素互相作用,從而在鳥類演化早期就出現的能夠有效滿足不同類群對鈣等元素需要的系統性過程的結果。

本研究得到了國家自然科學優秀青年基金、基礎科學中心項目的支持、中國科學院前沿科學重點研究計劃從“0到1”原始創新十年擇優項目、以及中國科學院青年創新促進會的支持。 

原文鏈接:https://academic.oup.com/nsr/advance-article-abstract/doi/10.1093/nsr/nwz214/5681418




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