中科院杰青09连发3篇Nature

　　

生物通报道，近期中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员备受关注，接连在顶级杂志《Nature》发表3篇文章，其中一篇是在09年1月发表在Nature的书评文章，一篇是3月19日发表在Nature杂志Letter文章，本次，本月18日又在Nature杂志发表研究性论文。

 

徐星研究员为这次研究论文的第一作者。徐星研究员早年从北京大学地质学系古生物与地层学专业毕业，后一直深造学习，2003年任古脊椎动物与古人类研究所研究员。在生物进化方面徐星博士获得了许多成果。

 

鸟类手指同源问题，是鸟类起源研究上一直困扰古生物学家的一个难题，也是进化生物学研究领域长期以来最具争议性的问题之一。

 

徐星等人的研究成果正是对这一问题提出了解决的新假说。这一假说将有望消除古生物学资料和现代发育学资料在鸟类手指同源问题上的矛盾观点。

 

据科学时报报道，以往的化石材料显示，鸟类的祖先——恐龙，有5个手指，在向鸟类的演化过程中，它们的2个外侧两指（相当于人类的无名指和小拇指）首先退化并消失，最终形成鸟类的具有3个手指的手部。但是，现代发育生物学研究却表明，鸟类保留了中间3指，也就是说，在鸟类演化过程中，最外侧和最内侧的2个手指（相当于人类的大拇指和小拇指）退化消失了。这样，古生物学资料和现代发育学资料在鸟类手指同源问题上产生了冲突，这一冲突也成为少数学者反对鸟类起源于恐龙这一假说的力证。此后，古生物学家和发育生物学家提出了各种假说，试图消除这一矛盾，但这些假说都存在着明显的缺陷。

 

不久前，徐星领导的国际研究小组在我国新疆准噶尔盆地的侏罗纪地层中发现了一种奇特的小型恐龙，被徐星等人命名为泥潭龙。泥潭龙属于兽脚类恐龙的一个分支——角鼻龙类，是角鼻龙类这类分异度很高的恐龙类群中最古老、最原始的成员之一。它没有其他角鼻龙类恐龙头部通常具有的脊或角，更加奇特的是，泥潭龙也没有牙齿，却有一个像鸟类一样用来切割植物的喙，它还具有常见于植食性恐龙当中的胃石。这些现象表明，尽管兽脚类恐龙的多数成员均为肉食性动物，泥潭龙却是这个大家族中的一个植食性的代表，就像今天的大熊猫。这一发现显示，兽脚类恐龙早在距今大约1.6亿年前就有了明显的生态分异。

 

最令研究者兴奋的是，泥潭龙有着不同寻常的手部结构。像很多其他早期兽脚类恐龙一样，泥潭龙保存了4个手指，但是其第一指却严重退化了，第二指非常发育。这显示了一种与其他早期兽脚类恐龙完全不同的手指退化模式。徐星和其合作者认为，这一现象表明，兽脚类恐龙的手指退化模式远比过去人们认为的复杂。

 

在得到这种提示后，徐星等人重新观察和分析了以往发现的一些兽脚类恐龙的手部结构，令他们感到惊讶的是，许多兽脚类恐龙的手部特征都暗示着一种复杂的退化模式。综合新的古生物学资料和现代发育学资料，徐星和其合作者提出了一种外侧转移假说来解释恐龙手指的演化。他们认为，最早期兽脚类恐龙退化了最外侧的手指（第五指），但随后伴随着恐龙猎食行为的变化，第一指（最内侧的手指）也退化消失了，这样具有三个手指的僵尾龙类（包括著名的跃龙以及伶盗龙）实际上保留了中间的3个手指，但由于发育机制的变化，同源异型转化造成了中间3个手指发育了内侧3个手指（也就是第一指至第三指）的形态。也就是说，包括鸟类在内的具有3个手指的僵尾龙类所保存的3个手指头其实是第二、三、四指，改变了关于僵尾龙类保存了第一、二、三指的传统观念。这样，存在于古生物学和发育学资料之间的矛盾就消除了。

 

徐星和其合作者进一步分析了现代发育学资料，认为外侧转移假说能够用现代发育学机制进行解释。他们还首次在古生物学研究中采用了动态同源检测的方法。

 

动态同源检测是一种用于基于分子生物学资料进行系统发育分析的方法。通过这一方法，他们为外侧转移假说提供了更多支持。

 

根据徐星的介绍，有关鸟类起源的研究，需要包括古生物学、现代发育生物学等多学科的整合研究，“这样，我们才能有望全面了解这一重要的演化事件”。近年来，徐星的研究小组在羽毛和翅膀等重要结构的演化研究方向上多次尝试将古生物学和现代发育生物学资料相结合，取得了一系列重要成果。

 

泥潭龙研究得到了包括中国国家自然科学基金委、美国国家地理协会、美国国家科学基金会和中国科学院等多方面的支持。参与这项研究的研究人员来自中国、美国、加拿大、英国和墨西哥等多个国家。

 

生物通推荐原文检索：

Nature 459, 940-944 (18 June 2009) | doi:10.1038/nature08124; Received 24 January 2009; Accepted 29 April 2009

 

 

A Jurassic ceratosaur from China helps clarify avian digital homologies

Xing Xu1, James M. Clark2, Jinyou Mo3,4, Jonah Choiniere2, Catherine A. Forster2, Gregory M. Erickson5, David W. E. Hone1, Corwin Sullivan1, David A. Eberth6, Sterling Nesbitt7, Qi Zhao1, Rene Hernandez8, Cheng-kai Jia9, Feng-lu Han1,10 & Yu Guo1,10

 

Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Beijing 100044, China

Department of Biological Sciences, George Washington University, Washington DC 20052, USA

Natural History Museum of Guangxi, Nanning, Guangxi 530012, China

Faculty of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China

Department of Biological Science, Florida State University, Tallahassee, Florida 32306, USA

Royal Tyrrell Museum, Drumheller, Alberta T0J 0Y0, Canada

American Museum of Natural History, Central Park West at 79th Street, New York, New York 10024, USA

Instituto de Geologia, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, Del. Coyocan, México DF 04510, Mexico

Research Institute of Exploration and Development, Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xinjiang 834000, China

Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China

 

 

Top of pageAbstractTheropods have traditionally been assumed to have lost manual digits from the lateral side inward, which differs from the bilateral reduction pattern seen in other tetrapod groups. This unusual reduction pattern is clearly present in basal theropods, and has also been inferred in non-avian tetanurans based on identification of their three digits as the medial ones of the hand (I-II-III). This contradicts the many developmental studies indicating II-III-IV identities for the three manual digits of the only extant tetanurans, the birds. Here we report a new basal ceratosaur from the Oxfordian stage of the Jurassic period of China (156–161 million years ago), representing the first known Asian ceratosaur and the only known beaked, herbivorous Jurassic theropod. Most significantly, this taxon possesses a strongly reduced manual digit I, documenting a complex pattern of digital reduction within the Theropoda. Comparisons among theropod hands show that the three manual digits of basal tetanurans are similar in many metacarpal features to digits II-III-IV, but in phalangeal features to digits I-II-III, of more basal theropods. Given II-III-IV identities in avians, the simplest interpretation is that these identities were shared by all tetanurans. The transition to tetanurans involved complex changes in the hand including a shift in digit identities, with ceratosaurs displaying an intermediate condition.