爬行动物进化的时间线:新的研究反驳了75年前关于爬行动物如何以及何时进化的观点

适应性辐射爬行动物的进化

在分析中取样的动物资料来源:Tiago R. Simões

由哈佛大学领导的研究小组的一项新研究反驳了75年前关于爬行动物进化的观点。

要挑战75年前关于爬行动物在过去3亿多年里如何以及何时进化的观念,需要大量的摄影工作,大量的CT扫描,最重要的是,要行进数千英里。查一下Tiago R. Simões '护照上的邮票就知道了。

Simões是哈佛大学古生物学家斯蒂芬妮·皮尔斯实验室的亚历山大·阿加西博士后研究员。从2013年到2018年,他游历了20多个国家和50多个不同的博物馆,对近1000块爬行动物化石进行了CT扫描和照片,其中一些化石已有数亿年的历史。总共大约400天的活跃收集,帮助形成了据信是现存和灭绝的主要爬行动物群体进化的最大时间线。

现在,对这个庞大数据库的统计分析正在帮助科学家们更好地理解这些冷血脊椎动物的进化,这与一个被广泛接受的理论相矛盾,该理论认为,进化中的重大转变总是在由重大环境变化引发的大规模、快速(从地质学的角度来说)爆发中发生。最近发表的一篇论文描述了这些发现自然通讯

,研究人员表明,爬行动物的灭绝的进化谱系2.5亿多年前发生在许多小的形态变化,如开发装甲的身体计划或翅膀滑翔,在一段时间的5000万年里,而不是在一个重大的进化事件,正如前面的想法。它们还表明,大多数蜥蜴谱系的早期进化是一个持续不断的缓慢和渐进的过程。

蒂亚戈·R·西莫兹哈佛比较动物学博物馆

Tiago R. Simões收集了50个博物馆的信息,包括哈佛大学的比较动物学博物馆。资料来源:Tiago R. Simões

Simões说:“这并不是我们今天看到的爬行动物多样性的突然跃升。”“有一个最初的跳跃,但相对较小,然后随着时间的推移,这些[进化]速度和不同的多样性值持续增加。”

其他种类的动物也有类似的证据,但爬行动物是第一次出现这种现象。爬行动物是地球上最多样化的动物之一,拥有1万多种不同的物种,有着令人眼花缭乱的能力和特征。想想一些蜥蜴物种是如何在一夜之间冻成固体,然后在第二天早上就解冻的,或者乌龟是如何长出防护盔甲的。

这一发现与哈佛大学古生物学家乔治·g·辛普森(George G. Simpson)在20世纪40年代推广的适应性辐射进化理论相悖,该理论试图解释地球生物多样性的起源。几十年来,适应性辐射一直是研究的焦点,但直到最近几年,技术、方法和数据才存在,可以从不同动物的物种、形态和分子水平上,在化石记录中精确测量快速进化的速度DNA

这项研究的研究人员还包括皮尔斯,托马斯·d·卡伯特有机体和进化生物学副教授,比较动物学博物馆脊椎古生物馆馆长;yabo124加拿大阿尔伯塔大学研究生Oksana Vernygora;还有阿尔伯塔大学的迈克尔·韦恩·考德威尔教授。

Simões访问了世界上几乎所有主要的自然历史博物馆,为这项研究收集数据,包括伦敦、巴黎、柏林、渥太华、北京和东京的国家自然历史博物馆。在美国,他参观了史密森尼国家自然历史博物馆、卡内基自然历史博物馆和哈佛比较动物学博物馆。

科学家们相信,通过了解动物是如何在较长时间内进化的,他们可以收集到一些生态学方面的经验教训,以及有机体是如何受到环境变化的影响的。利用数据库,研究人员可以确定主要爬行动物谱系或形态的起源,观察这些变化是如何影响爬行动物DNA的,并了解物种如何受到历史事件的影响。

蒂亚戈R摄影记者

Tiago R. Simões的研究提供了一个广泛的数据库,帮助科学家更好地理解爬行动物的进化。资料来源:Tiago R. Simões

例如,爬行动物在三次大规模灭绝事件中幸存下来。最大的是二叠纪三叠纪约2.5亿年前的大灭绝杀死了地球上约90%的物种,为它赢得了“大灭绝”的绰号。据信这是由自然温室气体的累积造成的。

研究人员创建的时间轴发现,爬行动物在大灭绝之前的进化速度以及它们在解剖结构上的差异几乎和大灭绝之后一样高。然而,直到大灭绝后很久,爬行动物才在许多生态系统中占据主导地位,而且在不同物种的数量上也极为多样化。

这一发现证实了快速的解剖结构变化不需要与基因多样性或物种的丰富(称为分类学多样性)相一致,并进一步反驳了适应性辐射是新动物群体和身体结构起源的唯一解释。研究人员还指出,爬行动物花了近1000万年才恢复到以前的解剖多样性水平。

Simões说:“这可以告诉你,在生命的整个历史中,突然的环境变化会对事物产生多大的影响,在全球范围内。”

与适应性辐射相矛盾的进一步证据包括类似但令人惊讶的关于蛇类起源的发现,这些发现在大约1.7亿年前的进化早期就实现了它们瘦长的身体结构(但在之后的1.05亿年后才完全失去四肢)。在大约1.7亿至1.65亿年前,它们的头骨也经历了快速的变化,这导致了它们的嘴如此强大和灵活,以至于今天它们可以吞下比自己大很多倍的整个猎物。但是,研究人员说,虽然蛇经历了爬行动物进化史上最快的解剖变化速率,但这些变化并不像适应性辐射所预测的那样,与分类多样性的增加或分子进化的高速率相一致。

科学家们无法确定这种不匹配发生的原因,并表示需要进行更多的研究。他们尤其想要了解身体计划是如何演变的,以及DNA的变化是如何与之相关的。

Simões表示:“我们现在可以更好地看到地球上生命史,尤其是爬行动物历史上的重大变化。”“我们会继续挖掘。”

参考:《爬行动物的巨型进化动力学与进化创新的时机》作者:Tiago R. Simões, Oksana Vernygora, Michael W. Caldwell and Stephanie E. Pierce, 2020年7月3日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 17190 - 9

这项工作得到了哈佛比较动物学博物馆的亚历山大·阿加西博士后研究员和加拿大国家科学与工程研究委员会的支持。

3评论关于“爬行动物进化的时间线:新的研究反驳了75年前关于爬行动物如何以及何时进化的观点”

  1. 很有趣。

    一直相信,就像电子在量子水平上既可以表现为粒子又可以表现为波一样,大自然母亲也可以表现为一个漫长的渐进过程,也可以表现为一个突然的过程(现有的辐射理论),在不同的时间尺度。从来没有证据证明这个理论。感谢您根据实际数据和时间尺度为爬行动物的进化提供证据,而实际数据和时间尺度要大得多。

    我总是开玩笑说那些生活在高度污染和永久主要大城市的人,比如新德里和孟买(我住的地方),长腮呼吸,就像海洋里的鱼!当然,这是假设人类物种会在污浊的空气中生存下来,并适应和呼吸美国西部各州的人口已经经历过的事情!

    人类物种和类人分支的进化,基于这样的数据会很有趣。此外,基于数据,对物种的短期和长期影响也将是非常有趣的研究。不知道是否存在化石样本,这样的分析是基于数据而不是假设。当然,上帝的许多其他创造物的进化也会非常有趣,只要它是基于最少假设的数据。

  2. 所以基本上还没有进化的证据。

  3. 进化论是一个信仰体系,就像宗教一样,科学的定义(世俗科学)排斥其他宗教,就像犹太教、基督教、伊斯兰教等宗教排斥其他信仰体系一样。要相信进化论和所有的循环推理,改变证据和缺乏证据都需要很大的信念。我选择相信上帝。

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