化石研究不可“貌相”？聽覺器官成了革命性證據

反芻類的內耳幾何形態學分析及系統發育示圖 繪圖：Laura Dziomber

化石研究的第一步是通過形態特征來鑒定身份，厘清物種的親緣關系，但這種方法并不完美，那些看上去長相相似的也許八竿子打不著，而毫無共同特征的卻是“親屬”。

近日，瑞士巴塞爾自然歷史博物館、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）等合作團隊在《自然·通訊》上發表了一項研究成果，他們開創性地找出了一種反芻類動物的形態學特征——內耳迷路，為化石反芻類高階元系統發育帶來了全新的研究手段。

姐妹群卻沒有共同特征

在大型植食性哺乳動物家族里，反芻類是分布最廣，多樣性最高，也是演化最成功的類群。但讓古生物學家頭疼的是，反芻類的系統演化關系有著高度的迷惑性。

“這是由于反芻類具有非常廣泛的適應性，不同類群在相似的環境選擇壓力下，強烈地呈現出平行或趨同演化的趨勢，從而掩蓋了系統發育的信息。”

古脊椎所研究員王世騏解釋，最典型的例子莫過于叉角羚科。

一開始，研究人員把叉角羚科作為牛科的姐妹群，理由是兩者都具有高冠齒。后來，又依據角及頭骨的一些共同的形態特征，把它們作為鹿科的姐妹群。然而，近年來分子系統發育的研究卻證實，叉角羚科其實是長頸鹿科的姐妹群。這一結果也讓科學家大跌眼鏡，畢竟這對姐妹群幾乎沒有什么共同特征。

“分子系統發育的結果往往被認為比傳統的形態學手段更加可靠，但運用到古生物學里也有局限性，因為它很難用于時代稍早的化石類群，而反芻類恰恰在新生代具有非常龐大的化石記錄，也存在大量的化石科或亞科一級的單元，這也導致了反芻類的高階分類位置一直都具有很大爭議性。” 王世騏指出。

因此，找到關鍵的系統發育和分類學的形態依據成為了古生物學研究的一大挑戰。

內耳迷路為高階元分類提供重要證據

內耳迷路是埋藏在脊椎動物圍耳骨中的復雜管狀結構，負責平衡和聽力的器官就存在于這個結構中。王世騏表示，由于陸生哺乳動物感受平衡的方式和聽覺方式早已演化成型，而內耳迷路存在于圍耳骨內部，很少受到外界環境選擇壓力的影響。

“過去對靈長類、食肉類等類群內耳迷路的研究已經證實，它的形態具有很強的系統發育的信號，是系統發育重建的有力武器。”

在這項研究中，科研人員利用高分辨率CT三維重建，獲得了306件190種現生和化石反芻類的內耳迷路形態的三維數據。結果發現，這些反芻類的內耳顯示了非常強烈的系統發育信號，尤其在科一級的水平上，這種信號非常明顯，與分子重建的系統發育呈現出高度的一致性。

王世騏舉例說，比如，麝科與牛科的內耳迷路形態接近，而與鹿科有明顯區別，從而支持麝科與牛科作為姐妹群組成牛超科，否定了過去通過齒冠高度和蹠骨形態依據將麝科與鹿科作為姐妹群的觀點。

此外，內耳迷路形態還表明，長頸鹿超科、叉角羚科與基干有角類內耳迷路形態更加接近，支持前兩者為各冠群中最先分化出來的類群，這與分子系統發育給出的結果也是一致的。

“這項研究所揭示的內耳迷路形態特征，不僅為研究和解決反芻類系統演化和發育難題，提供了重要的形態學證據，也為一些化石反芻類的分類難題提供了重要的參考依據。” 王世騏強調。