從恐龍到鳥，為何演化變慢？

生命演化史上有一些重要的節點事件，比如頜的出現，魚類登上陸地，爬行動物飛上藍天等等。過去，科學家理所當然地認為，當這類具有“演化革新”意味的特征或者形態功能在某一類群中剛剛出現時，該類群的演化速率會變快，多樣性也會增加。原因是，這些“革新”能夠幫助生物快速進入新的生態位。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員王敏一直從事早期鳥類演化研究，然而根據他所觀察到的中生代鳥類化石標本卻顯示，剛飛上藍天的早期鳥類的多樣性似乎并不高。于是，他對演化生物學的這個“常識”重新進行了求證，而結果也確實與先前的認知大相徑庭。6月5日，相關研究成果發表在了《自然—生態與進化》。

恐龍到鳥是脊椎動物演化史上最為震撼的事件之一，這一過程涉及了大量骨骼系統、肌肉系統和表皮衍生物等結構的變化，而這些變化多數都與飛行的起源相關。

“其中最關鍵的變化，就是以肢骨長度所代表的體型改變。”王敏介紹說，比如，從整體趨勢看，在演化譜系中，和鳥類關系更近的獸腳類恐龍有著相對更長的前肢。

按照過去的猜想，早期鳥類的肢骨演化速率會比較快，整體多樣性也應該比較高。可是，研究人員系統比較了鳥類、非鳥類副鳥類、和非副鳥類獸腳類恐龍這三個類群的肢骨多樣性，發現早期鳥類肢骨的整體多樣性竟然是最低的，而非副鳥類獸腳類恐龍是最高的，這種差異主要反映在前肢上。

研究人員又對包括鳥類在內的中生代獸腳類恐龍肢骨的演化速率進行了計算，結果也出現了相似的規律。前后肢整體的演化速率在接近鳥類的起源節點時反而是變慢了，而這種趨勢在前肢上表現的最為明顯。

如何解釋早期鳥類在肢骨形態上多樣性的貧瘠，以及演化速率的降低？

王敏認為，這一現象主要是受到鳥類前肢的“拖累”。“在早期鳥類演化中，飛行具有很強的自然選擇作用。因此，原始鳥類的前肢只能夠在適合空氣動力學作用的框架下發生有限的變化。”

“隨著許多和飛行相關的進步特征，例如和飛行精細動作完成相關的肌肉、韌帶、骨骼的關節方式等在演化后期的出現，鳥類前肢的變化才能突破‘瓶頸’，最終演化出現代鳥類所呈現的形態多樣的前肢結構。”

王敏舉例，后期有一些高度特化的鳥類，比如魚鳥和黃昏鳥，它們能夠在海洋中進行“潛水”飛行，而這種獨特的生活方式，跟它們細微的肌肉、韌帶、骨骼的關節方式的演化密切相關，他們比早期鳥類更有能力突破肢骨帶來的限制。

“當生物在獲得了某種重要的特征、功能時，會對整個物種的發展產生巨大的促進作用。但這項研究告訴我們，我們還需要精細地區分，這種促進作用在不同的演化時間階段所產生的影響是不同的。”王敏表示。

相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41559-023-02091-z