作为第一个大约在 2.3 亿年前,现代哺乳动物的祖先也开始出现。 一路走来,他们发展出了一种非凡的能力:产生自己的温暖。
这一决定性的进化步骤吸热–即使环境温度波动,也能从内部产生热量并保持接近恒定的核心体温–此后,这种多样化的动物能够在世界各地的多种环境中繁衍生息。
但温血动物或吸热动物究竟何时在动物中首次进化,对于进化生物学家来说仍然是一个巨大的谜团–到目前为止。
由里斯本大学古生物学家 Ricardo Araújo 领导的国际科学家小组进行的一项新研究发现了证据,表明吸热起源于大约 2.33 亿年前,即在晚三叠世,预示着恐龙时代的地质时代。
这一证据不是在血液中发现的,而是在古代哺乳动物祖先的内耳化石中发现的。
虽然内耳似乎不太可能是寻找体温线索的地方,但在研究人员意识到体温会影响内耳微小半规管周围涌出的液体的粘度或流动性后,这实际上是一个合乎逻辑的步骤。内耳。
内耳这些充满液体的环形结构的主要任务是帮助检测头部运动,这对于平衡、视力和协调运动至关重要。
“到目前为止,半规管通常被用来预测化石生物的运动,”伦敦英国自然历史博物馆专门研究耳道生物力学的研究作者和古生物学家罗曼·大卫 (Romain David) 解释道。
“然而,通过仔细观察它们的生物力学,我们发现我们也可以用它们来推断体温。”
过去,人们使用了一些不同的方法来确定古代哺乳动物和鸟类何时可能进化出吸热性。 但研究人员表示,那些试图将代谢率、氧气使用量和体毛痕迹与平均体温联系起来的研究却得出了模糊或相互矛盾的结果。
他们对分析内耳骨和软组织结构的大小和形状以推断动物是否热或冷的新方法相当有信心,并在返回化石记录之前在 360 多种现存和灭绝的脊椎动物中进行了验证。 。
这些初步分析表明,体温持续较高的动物(例如哺乳动物)的内耳道必须改变形状,才能在流动的液体中保持正常功能。
这意味着内耳的结构可以作为吸热进化的准确指南。
事实上,当研究人员分析了 56 个已灭绝物种的化石时,他们注意到这些古代动物的运河和导管比类似大小的冷血动物更小。
古代温血动物(左)和冷血动物(右)的内耳道。 (大卫和阿劳霍)
研究人员发现,内耳结构的这些变化是突然的,并且与体温急剧升高约 5 至 9 摄氏度(9 至 16 华氏度)相关。
追踪化石耳朵随时间变化的模拟表明,吸热动物的进化比古生物学家想象的要晚得多,因此也更快——大约不到一百万年。
当三叠纪气候快速变冷时,这些祖先的新陈代谢可能会转变以维持较高的体温,同时它们可能会长出皮毛。
“内疗法作为一个重要的生理特征,与这段气候不稳定时期出现的其他独特的哺乳动物特征相结合,”阿劳霍和同事写在他们的论文中。
阿劳霍在新闻稿中补充道:“这并不像之前认为的那样是一个渐进的、缓慢的过程,需要数千万年的时间,但可能是在新的类似哺乳动物的代谢途径和毛皮起源的触发下迅速实现的。”
虽然我们今天在地球上看到的生命表明不断进化的温血动物对于鸟类和哺乳动物来说总是有多么有利,但这不太可能是恒温动物上升到生态主导地位的唯一原因。
Araújo、Angierczyk 及其同事的研究与发表在《自然》杂志上的另一项研究相呼应。自然今年早些时候,他们使用了一些类似巧妙的方法来推断大多数恐龙并不像它们相似的现代爬行动物那样是变温动物,而是温血动物像鸟类和哺乳动物。
耶鲁大学分子古生物学家 Jasmina Wiemann 及其同事的发现有趣的是,它似乎排除了另一个长期存在的假设,即鸟类和哺乳动物的温血性在某种程度上帮助它们的祖先在白垩纪晚期的大规模灭绝事件中幸存下来,这场灭绝事件消灭了大部分物种。恐龙。
因此,正如古生物学中经常发生的那样,当一个谜团的潜在答案被揭开时,另一个谜团就会变得更加复杂。
这项新研究发表于自然。