鳥嘴為何與手指一樣靈活？鑲嵌演化塑造頭骨

距今1.2億年鳥類雅尾鹓鶵頭骨的三維復原圖。 王敏供圖

鳥類是目前世界上物種和生態多樣性最高的陸生脊椎動物。它們為什么演化得如此成功？一個關鍵因素就是鳥類頭骨的部分骨骼能夠發生相互獨立的運動，從而幫助鳥嘴完成大量精細的動作，比如啄取大小形態不一的食物、筑巢等等。從某種意義上說，鳥嘴的靈活程度不亞于其它脊椎動物的手。

近日，自然指數期刊eLife發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）團隊的一項成果，研究人員通過高精度三維掃描和復原，揭示了早期鳥類頭骨演化的特點。

論文通訊作者、古脊椎所研究員王敏介紹，鳥類頭骨這種獨特的可動性主要依賴分布于吻部的屈撓帶和兩個骨骼通道得以實現，一個是由方骨—方顴骨—顴骨—上頜形成的“側面通道”，另一個則是由方骨—翼骨—腭骨—犁骨在腭面構成的“腭面通道”。

“簡單說來，隨著方骨的前、后轉動，這兩個通道上的骨骼通過可動關節發生位移，就像傳送帶一樣完成嘴巴的張開和閉合。而在鳥類的祖先——非鳥類恐龍中，它粗壯的頭骨因為缺失了這兩個通道的活動性，就顯得非常笨拙。”

但由于長期以來受到化石保存和研究手段的限制，古生物學家并不清楚頭骨主要區域的形態功能，特別是這兩個通路在鳥類演化歷史中究竟是如何變化的。

于是，古脊椎所研究團隊利用高精度CT對此前他們發現的中生代反鳥類雅尾鹓鶵的頭骨進行三維復原，重建了幾乎所有頭骨骨骼的立體形態，包括構成頭骨可動性通道的骨骼。

研究人員發現，鹓鶵保留了典型的主龍類雙顳弓的顳區結構，這一顳區構造限制了顴骨的前后移動，意味著它的“側面通道”并未形成；而他們在復原腭面骨骼的形態時也發現，鹓鶵的腭面構造與獸腳類恐龍相差無幾，相對原始，“腭面通道”也未出現。

有意思的是，相較于顳區和腭區構造在演化上的保守，鹓鶵的其他頭骨形態都呈現出了典型的、進步的鳥類特征。

“這說明，鳥類頭骨不同部位的演化速度并不是統一的。”王敏解釋，這種原始和進步的形態特征同時出現，就是典型的鑲嵌演化。

以鹓鶵為代表的反鳥類保留了原始的非可動性頭骨，但它們在中生代鳥類演化過程中是最成功的一個類群，因為它們遍及全球。但到了白堊紀末期的大滅絕事件，它們“全軍覆滅”，而具有可動性頭骨的今鳥型類則存活了下來，并在新生代快速演化并形成了所有現代鳥類。“這也顯示出，鳥類頭骨的可動性增加了個體在面臨極端選擇壓力時的適應性。”王敏表示。