四肢的比例可以预测已灭绝羊膜动物的水生习性以及其柔软组织构成的鳍状肢

《Current Biology》：Limb proportions predict aquatic habits and soft-tissue flippers in extinct amniotes

水生习性预测与四肢比例分析揭示古爬行动物及哺乳动物水生适应的独立演化路径，通过超过11,000个四肢测量数据的机器学习模型训练和接收者操作特征分析验证，发现蜥脚类、莫萨亚及兽脚类恐龙具有完全水生特征，而蜥蜴类等基群爬行动物多为半陆生，为古生物适应性进化研究提供新方法。

　　

亮点

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羊膜动物的肢体比例能够以超过90%的准确率预测其是否具有鳍状肢和水生习性

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中生代爬行动物和其他古生代爬行动物并未演化出高度或完全水生的习性

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中生代海洋爬行动物表现出特定谱系的水生适应模式

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系统发育ROC分析可以重建已灭绝物种的隐性表型特征

总结

在哺乳动物和爬行动物中，从陆地祖先进化出完全水生形态的现象凸显了自然选择的强大作用及其深远影响。其中最适应水生环境的物种具有明显表明其海洋生活方式的肢体形态，但各谱系基部的过渡形态特征较为模糊，因此难以确定哪些化石物种属于水生生物。在这里，我们采用了一种可扩展的系统发育机器学习方法来验证之前提出的关于羊膜动物趾间蹼、软组织鳍状肢和水生习性的骨骼学关联。我们收集了超过11,000个羊膜动物肢体的原始测量数据，并利用这些数据训练和测试系统发育逻辑回归模型，以预测已灭绝物种的水生亲缘关系。随后通过接收者操作特征分析（ROC分析）对各种预测模型进行评估和选择。最终发现，相对手长是最有效的预测指标，能够以超过90%的准确率重建软组织鳍状肢的存在以及羊膜动物的水生习性，同时澄清了生态特征历史上模糊不清的化石物种的习性。将这些预测结果放在羊膜动物的系统发育树上，可以发现中生代爬行动物及其他所有被研究的基干爬行动物具有半陆生习性，所有已知的鱼龙类具有高度或完全水生习性，而在蜥脚亚目、沧龙类和兽脚亚目恐龙中则存在多次独立的水生习性起源。从更广泛的角度来看，这些结果有助于对羊膜动物肢体比例进行更全面的比较研究，揭示了高度/完全水生与半陆生羊膜动物在肢体形态上的显著进化差异，以及哺乳动物和爬行动物之间的差异。

图形摘要