知识源于沉淀 科学家通过计算牙齿化石上的“年轮”来了解最早的哺乳动物。图片来源:Nuria Melisa Morales Garcia。
■本报记者唐峰
活动少，寿命长。这是哺乳动物的祖先，可能和人们想的不一样。
由英国布里斯托尔大学和芬兰赫尔辛基大学的研究人员领导的一项研究对2亿年前最早的哺乳动物牙齿进行了开创性的分析。结果表明，它们与冷血爬行动物相似:它们不太活跃，但寿命要长得多。
这是古生物学家第一次可以直接研究早期哺乳动物化石的生理功能，颠覆了人们此前对其最早祖先的认识。10月12日，相关论文发表在《自然-通讯》上。
“我们有了一些非常惊人的发现。此前人们认为，哺乳动物的关键特征，包括温血习性，大约是在同一时间进化的。”论文第一作者、布里斯托大学助理研究员伊莉斯·纽汉姆告诉《中国科学日报》，“相比之下，我们的研究结果清楚地表明，尽管它们拥有更大的大脑和更高级的行为，但它们并没有‘放纵自己的生活’和英年早逝，而是生活节奏更慢，寿命更长，类似于蜥蜴等小型爬行动物。”
最早的哺乳动物
哺乳动物的起源和辐射是生命史上的重要事件。化石显示，哺乳动物起源于2.2亿年前，也就是三叠纪晚期。最早的哺乳动物被广泛认为是广义的食虫动物，代表了哺乳动物前五千万年的进化。
尽管人们在解剖学、生态学和早期哺乳动物进化方面取得了相当大的进步，但对它们的生理学却知之甚少。研究人员说，甚至关于哺乳动物和化石群起源时间的证据也是矛盾的。
研究人员选择了两种最早的哺乳动物——Morganucodon和Kuehneotherium。
这两种动物生活在大约2亿年前的三叠纪晚期和侏罗纪早期。它们体型较小，通常被认为是广义的食虫动物，也是地球上最早的哺乳动物的代表。它们和早期的恐龙一起生活在地球上，许多科学家认为它们是温血动物。
布里斯托尔大学的帕梅拉·吉尔和她的同事多年来一直在研究这些哺乳动物化石。吉尔提到“早期哺乳动物化石保存不好，胃里没有可以推断的食物，所以只能利用最新技术从下颌骨和牙齿化石中寻找证据。”
2014年，研究人员发现Morganucodon Kuehneotherium的假牙和划痕非常不同。这说明两种食物也有区别——摩根·乌考多尼喜欢硬脆的食物，比如甲虫，而库恩纽瑟利姆喜欢软的食物。在《自然》杂志发表的另一篇论文中，研究人员表示，这表明当时生态位分裂和饮食分化正在进行中。
牙齿隐藏生活“故事”
纽汉在南安普顿大学读博士生时就开始研究这些牙齿。
Morganucodon和Kuehneotherium的牙齿化石只有针头大小，吉尔和纽汉姆用先进的X射线技术扫描了它们。通过扫描牙骨质化石，吉尔希望保存的数据足够清晰，可以确定这种哺乳动物的寿命。牙骨质是一种在牙槽骨中固定牙根的物质，并且在一生中不断生长。
幸运的是，牙齿为这些小型哺乳动物的长寿和进化提供了新的线索。
研究小组研究了它们肺泡中的年轮，年轮像树木年轮一样每年沉积，目的是计算这些动物的寿命。结果显示，它们的寿命最长可达14年，比它们多毛的后代，如老鼠、鼩鼱等要长得多。老鼠和鼩鼱在野外只能活1-2年。
使用这些新成像技术的灵感来自一颗真牙。“我的一个同事，论文的合著者之一，拔了一颗牙，告诉我要拍个x光片，因为x光片可以告诉你所有的生活史。这让我想知道我是否可以做同样的事情来更多地了解古代哺乳动物。”吉尔告诉记者。
为了测试这一理论，一颗属于Morganucodon的古代牙齿标本被送到赫尔辛基大学的Ian Corfe，他用高能同步加速器X射线对其进行了扫描。“让我们高兴的是，虽然牙骨质只有几分之一毫米厚，但扫描图像非常清晰，可以用于计算。”科尔夫说。
这标志着这项为期六年的国际研究的开始。
与想象不同
两亿年前，这些小动物可能不小心掉进了洞穴，在那里它们的骨头，包括牙齿，变成了化石。“多亏了这些保存完好的微小碎片，我们得以研究一个物种的数百个个体。”科尔夫说。
研究人员使用法国的欧洲同步辐射装置和瑞士光源扫描了伦敦自然历史博物馆和剑桥大学动物博物馆提供的约200个牙齿标本。
“光是扫描就花了一个多星期，我们24小时轮班工作才能完成所有工作。这是一次难忘的经历。当图像开始出现时，我们知道我们有所收获。”纽汉说。
研究人员使用数字技术在三维空间重建牙根。结果表明，Morganucodon能活14年，Kuehneotherium能活9年。纽汉姆说:“我很惊讶，它们的预期寿命比我们预期的相同大小的小型哺乳动物的1到3年要长得多。”
此外，它们的骨骼、头骨和牙齿与哺乳动物非常相似。例如，它们有专门的咀嚼牙齿，更大的大脑，可能还有毛发，但它们的长寿表明它们的生活节奏更像爬行动物，而不是哺乳动物。
“有充分的证据表明，自二叠纪晚期以来，哺乳动物的祖先变得越来越温暖，但即使在数千万年后，我们的祖先仍然更像现代爬行动物，而不是哺乳动物。”纽汉说。
然而，研究人员认为，尽管它们的生活节奏仍然像爬行动物一样，但已经在这些早期哺乳动物的骨组织中发现了证据，证明它们具有持续运动的过渡能力。骨骼作为活组织，含有脂肪和血管。这些血管的直径可以揭示动物可以利用的最大血流量，这对动物的觅食和狩猎活动非常重要。
数据显示，在Morganucodon的股骨中，血管的流速略高于同等大小的蜥蜴，但远低于现代哺乳动物。这说明这些早期的哺乳动物比小型爬行动物更活跃，但它们无法像今天的哺乳动物那样活力充沛地生活。
来源:中国科学报。
