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中国赌城最古老的大精子,20年来恐龙研究的10大

发布时间:2019-05-06 17:32编辑:中国制造浏览(157)

    近日,科学家在澳大利亚里弗斯利世界化石遗址发现了距今1700万年的巨大精子化石。来自新南威尔士大学的研究者麦克·阿切尔(Mike Archer)教授表示:“这些化石是地质记录上最古老的精子化石。”研究论文发表在英国《皇家学会学报B》(Proceedings of the Royal Society B)上。

    (Amaranth/译,vicko238、Ent/校)至今发现的最古老的阴茎已有4.25亿年的历史,它长在一种学名为Colymbosathon ecplecticos(意为“有着巨大阴茎的游泳健将”)的生物身上。不过,“大”是相对的。其发现者说,这种生物只有5毫米长,但是对于它的尺寸而言,它的阴茎“大而粗壮”

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    这些精子属于一种雄性的介形纲淡水甲壳动物。精子的长度约为1.3毫米,这些精子甚至比这种动物本身还要长。化石显示,长长的精子紧密地折叠在动物的性器官中,就连其中的细胞核都清晰可见。阿切尔教授也对这一发现感到十分意外,因为通常软组织是很难留下化石。另外,显微镜观察结果显示,这次发现的化石中还保存有这种甲壳类动物的雄性用来将精子输送到雌性体内的输精管。

    中国赌城 1介形类化石。图片来源:Gene Hunt/史密森尼学会

    (文/孟溪、王维、贺一鸣、赵祺、邢立达)20多年前,《侏罗纪公园》第一次现身的时候,几乎一切都还是新的。畅销书作家迈克尔·克莱顿大胆地把他的故事建筑在了当时的最新研究上:古遗传学研究、DNA拼接复原、热血而敏捷的恐龙,他甚至在书中加入了一段真实存在的DNA序列;而导演斯皮尔伯格的荧屏版本更是塑造了一代人对于恐龙的想象——蜥蜴般的粗糙外皮和鳞片、从棕到绿的暗淡颜色、体型惊人、制造可怕的破坏……直到今天,大部分人心目中的恐龙,依然是这样的形象。

    中国赌城 2图为化石横截面,箭头指出的为精子中的细胞核。图片来源:news.com.au

    这些游泳健将属于介形类(一类古老的甲壳动物),在这里大阴茎并不罕见。这些生物约5亿年前出现,今天已经分化成7万个物种。它们乍看上去像小种子,仔细观察,你会看到类似扭曲的虾的东西,包裹在有点像蛤壳的硬壳里。雄性的壳比雌性的长,因为它们必须要容纳一对大阴茎,以及大得惊人的精子——它完全伸开后可达介形虫本身的6倍长。在一些介形虫中,这些生殖装备可占雄性壳的三分之一。

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    这种动物生活在热带雨林深处的洞穴内的池塘中,很可能是因为洞穴内大量蝙蝠产生的粪便持续掉落到池塘中,才使得这些精子细胞得以保存下来。这些蝙蝠粪便使池塘中磷元素的含量升高,从而帮助了软组织的矿化作用。

    这种夸张的解剖结构是激烈的性选择的结果。在性选择中,生物演化出在择偶中占有优势的特性。这种竞争导致了比例过分的身体部位,如孔雀的尾巴和鹿的角。它导致了五颜六色的羽毛与华丽的求偶方式。在许多族群中——介形虫、苍蝇、鸭子、海豚——性竞争将生殖器和精子塑造成大小不一的多种形状。而在这种介形虫中,这可能让它们走向消亡。

    《侏罗纪公园》中的经典恐龙形象,霸王龙。图片来源:io9.com

    中国赌城 4插画师复原的1700万年前该地区的生态环境。图片来源:news.com.au

    重要的不是大小,而是你用它做了什么

    史密森尼学会的玛丽亚·若昂·费南德斯·马丁斯(Maria João Fernandes Martins)与同事研究了数十种介形虫化石,发现雄性比雌性体型大得多的物种(即对性行为的投入更多、阴茎更大)消失得更快。俗话说“重要的不是大小,而是你用它做了什么”,而介形虫用它做的事就是灭绝。

    许多科学家尝试过预测性选择会如何影响一个物种的命运。 “是因为它们太大、太张扬,所以会导致生物更容易灭绝呢?”马萨诸塞大学阿默斯特分校的帕特里西亚·布伦南(Patricia Brennan)说,“还是能让它们有更好的基因或者更能适应环境,使它们能更好地克服挑战呢?”

    这两种相互冲突的可能性都有若干研究支持:有的研究显示性选择可以防止物种灭绝,有的显示它会导致灭绝,还有的显示二者之间没有关系。然而,这些研究的对象几乎都是仍然活着的动物,研究者只是通过观察物种数量的走势、当地的消失情况或保护状况来估计他们灭绝的几率。“这些结果很多都不明确,” 费南德斯·马丁斯说, “都在研究活着的物种,并没有真正地研究灭绝。”

    中国赌城 5介形类Cypideis salebrosa的雌性(上)与雄性(下),雄性有更长的壳来容纳生殖器(阴影部分)。图片来源:玛丽亚·若昂·费南德斯·马丁斯

    因此,她和她所在的团队决定研究介形虫。它们的硬壳可以经受时光的摧残,所以现在有很多的介形虫化石可以研究。不同种的介形虫的壳形状各异,所以很容易跟踪记录某一种介形虫的兴衰。雄性的身体比雌性更细长,因此很容易区分性别——这在史前生物中很罕见。而在雄性中,壳的大小反映了阴茎的大小,所以即使当这些软组织早已腐烂消失,你依然可以观察整个生物来估计它们的尺寸。

    费南德斯·马丁斯研究了93种介形虫,距今6600万至8400万年前,它们生活在今天的密西西比地区。她发现,雄性与雌性的体型差最大的物种的灭绝速度是雄性较小的物种的10倍。雄性在性器官中投入最多的那些物种,平均仅延续了160万年。

    相比之下,那些避开了无休止的性竞争的雄性,其物种延续了1550万年。

    也许是因为制造硕大的性器官和极长的精子要耗费大量的能量——那些能量本可以用来适应新环境。“在短期来看,这对个体是有利的,因为他会有更多的宝宝,” 费南德斯·马丁斯说,“但从长远来看,这可能是一个问题。如果你一直在生殖上投入,你就没有在适应不断变化的环境上投入。”

    2015年,恐龙系列以《侏罗纪世界》之名重启。诸多恐龙爱好者都对此满怀期待,因为这些年来古生物学家们对恐龙的了解有了翻天覆地的变化——长着绚丽的羽毛、飞翔、长有4个翅膀、像天鹅那样把头埋进翅膀下睡觉……想象一下这些神奇生物出现在银幕上的场景吧——所有这些都是20年前无法想象的事情。遗憾的是,这些完全颠覆的形象都没有出现。但这并不影响我们借此机会,来回顾这20年来恐龙研究领域取得的重大进展。

    澳大利亚拉筹伯大学的动物分类与古生态学家约翰·尼尔(John Neil)认为这一发现对研究介形纲动物的演化有很大帮助。介形纲动物体型很小,一般约为1毫米作左右,最大不超过30毫米。介形纲动物的演化历史大约有4亿年,介形纲动物的祖先在身体构造和器官上与现生物种差别不大。

    性选择上可能没有单一的定律

    “这是一项很好的研究,” 布伦南说,“但是很难说介形虫是否能代表更大的动物,它们的繁殖速度要慢得多,数量也少得多。”雄性象海豹比雌性重四倍多,难道它们注定要灭绝吗?孔雀的尾巴意味着死刑吗?费南德斯·马丁斯说:“我们无法回答,这只是单独一项研究。”

    雪城大学的斯科特·皮特尼克(Scott Pitnick)很想看到这方面更多的研究:“但是重要的是,科学是一项项研究地进行下去的。可能没有单一的定律。现实可能是,根据因物种和环境而异的各种变量,性选择可能会保护物种免于灭绝,也可能会增加灭绝的风险。

    介形虫也“突出了理解精子演化的重要性,它对我们全面了解生物多样性至关重要。”皮特尼克补充道。自达尔文以来,演化生物学家一直试图理解极端特征的演化——从沉重的角到显眼的羽毛——它们的代价似乎极大、有害无益。皮特尼克认为巨大的精子和马鹿的角、锹甲虫的大颚一样,既是武器,也是装饰。

    费南德斯·马丁斯补充道,雌性介形虫并不是被动的。通过与多个雄性交配,选择哪些精子能使它们的卵子受精,雌性介形虫可能才是性竞争的最终仲裁者。这种隐性的选择在动物界中极为常见,而且更难研究,部分原因是雌性的解剖结构通常更为复杂。

    费南德斯·马丁斯说:“我们对雌性所知甚少,但是我们知道它们也有故事。”(编辑:vicko238)

    题图来源:screencrush.com

    20年来,科学家们除了化石发现外,还通过许多新方法和新技术,比如CT和同步辐射成像技术、稳定同位素学方法、复杂的生物力学方法、复杂的比较系统学方法、计算机模拟技术、骨组织学,甚至大数据的方法去研究恐龙,由此得到了很多有趣的结论。更加值得一提的是,这20年来,中国的恐龙研究领域取得了举世瞩目的成就,河南、湖北、山东、内蒙、新疆、甘肃,当然还有著名的辽西,成为越来越重要的化石发现地,越来越多的突破性研究是由中国科学家做出的。为此,我们特地邀请了我们的科学顾问、著名的恐龙研究者徐星,列举出他认为的过去20年里关于恐龙的十大发现。

    中国赌城 6澳大利亚现生的一种介形纲动物Newnhamia fenestrata。图片来源:smh.com.au 

    我们了解得越多,这些生物就越令人惊奇。

    里弗斯利世界化石遗址位于昆士兰州西北部。此前,这里曾发掘出大量奇特的史前动物,比如巨大的、长有牙齿的鸭嘴兽,以及吃肉的袋鼠。阿切尔指出:“这次的发现,让我们对在这片遗址中继续挖掘出更多新奇化石充满期待。”

    1. 长着羽毛的恐龙

    现生介形纲的精子普遍很大,化石亦然。2009年一篇论文发现,生活在1亿年前的微乳哈尔滨介(Harbinia micropapillosa)虽然没有精子本体的化石,但根据其它特征推断,就已经拥有至少数毫米长的巨大精子,相比之下人类0.05毫米长的精子简直弱爆了——但是,世界上最大的精子恐怕要归属一种果蝇。果蝇属的精子也相当霸道,连实验室最常见的黑腹果蝇,精子长度都是人类的35倍;二裂果蝇体长仅3毫米,精子却破天荒地长达5.8厘米。当然,代价是雄性一辈子能产生的精子满打满算也只有几百个。

    自从1842年欧文命名“Dinosauria”(希腊语:恐怖的蜥蜴)以来,恐龙作为体覆鳞片状皮肤的大爬虫这一形象,就长久地固定在了从科学家到普通大众的心中。直到1996年,中华龙鸟的发现颠覆了这一观念。

    信息来源:ScienceDaily,Ancient giant sperm discovered at Riversleigh World Heritage Fossil Site

    1996年,中华龙鸟化石发现于中国辽西。得益于当地岩层绝佳的保存条件,化石上的皮肤衍生物和部分软组织都被保存了下来,从头至尾,一圈纤维状的印记将一米左右的完整化石骨骼紧密包围。这一发现震惊了学界,以至于最初的研究者甚至将其误认为鸟类,以“中华龙鸟”命名。随后经过骨骼特征的细致比较,确定这只带有原始丝状羽毛的生物属于美颌龙类。

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    中华龙鸟的正模标本(编号GMV 2123或NIGP 127586)与原始羽毛痕迹(中国内蒙古博物馆)。图片来源:维基百科

    一身绒毛让恐龙变得温顺可爱,但对于科学研究而言,这一发现的意义远不在于颠覆形象:鸟类的祖先确实长着原始羽毛,现代鸟类复杂的羽片可能就从这种纤维结构演化而来。这为鸟类起源于恐龙扣上了关键一环。关于中华龙鸟的研究仿佛一把钥匙,开启了寻觅更多带羽毛恐龙的旅程。

    2009年3月,中国科学家在辽宁省建昌县发现了距今约1.6亿年的“孔子天宇龙”,化石的颈部、背部、尾巴都有类似羽毛的压痕;同年9月,在同一地区又发现了带羽毛恐龙化石 “赫氏近鸟龙”,证明了在始祖鸟之前确有带羽毛的恐龙——这一发现打破了以往令鸟类起源于恐龙的支持者们尴尬的“时间悖论”,成为鸟类起源于恐龙的重要证据之一。2012年,辽西发现的华丽羽王龙,改变了科学界认为羽毛只出现在小型恐龙身上的认知,让狂野的暴龙也长上了丝状的羽毛。这些研究进一步证实了羽毛在恐龙中的广泛分布,恐龙从此改变了他们最大的体貌特征:从丑陋的鳄鱼皮,变成了华丽的披毛者。

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    赫氏近鸟龙复原图。图片来源:维基百科

    1. 会飞的恐龙

    2000年,徐星等人命名了一种“赵氏小盗龙”,推测这种恐龙可能比始祖鸟还小,树栖。2003年,“顾氏小盗龙”这一恐龙研究史上的奇葩横空出世。这种恐龙长有四个翅膀,且前后肢都长有适于飞行的不对称羽毛。而它爬树的习性将飞行起源的答案引导到了树上——如今鸟类振翅双翼的飞行方式很可能源于自上而下的四翼滑翔。

    小盗龙的惊艳登场,唤醒了古老的“四翼猜想”,也引发了多对翅膀究竟怎么飞的争论,各式各样的动力模型纷纷被提出。

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    赵氏小盗龙化石。图片来源:维基百科

    2015年4月,另一种神奇的恐龙——“奇翼龙”被发现,这种神奇的生物不仅长有丝状的羽毛,还长有像蝙蝠一样的翅膀,研究发现它可以利用翼膜来进行飞翔。这种“怪物”刷新了我们对恐龙的认知,暗示着恐龙到鸟类的演化过程中经历了多种多样的飞行试验。

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