古生物学家将最早的獠牙追溯到生活在恐龙之前的古代哺乳动物近亲

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各种各样的动物都有獠牙,从大象和海象到五磅重的蹄兔等。但是有獠牙的动物有一个共同点,那就是它们都是哺乳动物–目前还没有已知的鱼类、爬行动物或鸟类有獠牙。在发表于《英国皇家学会会刊B辑》的一项新研究中,古生物学家将最早的獠牙追溯到生活在恐龙之前的古代哺乳动物近亲。

哈佛大学的研究人员和该研究的主要作者Megan Whitney说:“獠牙是这种非常著名的解剖学,但在我开始从事这项研究之前,我从未真正想过獠牙是如何被限制在哺乳动物中的。”

芝加哥菲尔德博物馆馆长、论文作者Ken Angielczyk说:"我们的研究能够表明,最早的獠牙属于在现代哺乳动物之前出现的动物,称为二齿兽动物。它们是非常奇怪的动物。"

二齿兽大多生活在恐龙时代之前,从大约2.7亿到2.01亿年前,它们的体型从老鼠到大象不等。现代哺乳动物是它们最接近的活体近亲,但它们看起来更像爬行动物,有类似乌龟的喙。自从它们在176年前被发现以来,它们的一个决定性特征就是它们上颚的一对突出的獠牙。二齿兽这个名字甚至意味着"两颗犬齿"。

研究人员是在一次古生物发掘的午休中得到研究獠牙起源的想法的。Whitney回忆说:“我们当时坐在赞比亚的田野里,到处都是二齿兽动物的牙齿。我记得肯拿起它们,思考它们怎么会被称为獠牙,因为它们有獠牙所没有的特征。”

Angielczyk发现了一个关键的区别:严格来说,并不是所有突出的牙齿都是獠牙,牙齿的构成和生长模式告诉我们它们是否算数。"Whitney说:“在这篇论文中,我们必须对獠牙进行定义,因为它是一个令人惊讶的模糊的术语。研究人员决定,牙齿要成为獠牙,它必须延伸到嘴外,必须在动物的一生中不断生长,而且与大多数哺乳动物的牙齿(包括我们的)不同,獠牙的表面是由牙本质而不是坚硬的珐琅质构成的。”

在这些参数下,大象、海象、疣猪和鬣狗都有獠牙。不过,动物王国里的其他大牙并没有入选。例如,啮齿类动物的牙齿,尽管它们有时会伸出来,而且不断地生长,但在牙齿的前面有一条珐琅质带,所以它们不算。

研究小组在赞比亚观察到的一些双齿动物的牙似乎也不符合獠牙的定义–它们涂有珐琅质而不是牙本质。

牙齿与獠牙的不同构成也让科学家们了解了动物的生活。Whitney说:“涂有珐琅的牙齿与涂有牙本质的獠牙是一种不同的进化策略,这是一种权衡。珐琅质牙齿比牙本质更坚硬,但由于牙齿在颌部生长的几何形状,如果你想让牙齿在一生中不断生长,你就不能有完整的珐琅质覆盖。”

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动物进化出的不同种类的牙齿可以告诉科学家,这些动物面临的压力可能会产生这些牙齿。有獠牙的动物可能会用它们来打架,使它们暴露在小的伤害中,而对于不连续生长的珐琅质牙齿来说,这将是有风险的。

为了研究二齿兽的牙是否真的是獠牙,研究人员从代表10个不同物种的19个二齿兽标本的牙齿化石中切出纸质薄片,并用显微镜检查其结构。他们还使用微型CT扫描来检查牙齿是如何连接到头骨上的,以及它们的根部是否有持续生长的证据。科学家们发现,一些二齿兽的牙齿确实是獠牙,而其他牙齿,特别是一些早期物种的牙齿,只是大牙。不过,这并不是一个从无獠牙到有獠牙的严格过程–二齿兽动物家族的不同成员独立地进化出了獠牙。

Whitney说她对这一发现感到惊讶。她说:“我以为在家族树上会有一个点,所有的二齿兽都开始有獠牙,所以我认为我们实际上看到獠牙的进化是相当令人震惊的。”

Angielczyk说:“二齿兽的獠牙可以告诉我们很多关于哺乳动物獠牙进化的一般情况。例如,这项研究表明,牙齿更换率的降低和将牙齿连接到下颚的灵活韧带是真正的獠牙进化所需要的。这一切都让我们更好地理解我们今天在哺乳动物中看到的獠牙。”

“在恐龙时代之前,二齿兽是陆地上最丰富和最多样化的脊椎动物,它们因其‘獠牙’而闻名。事实上,在现实中只有少数人有真正的獠牙,其余的都是大牙,这是我们可以记录的进化的一个美丽的例子。我们可以看到如何建造獠牙!”爱达荷州自然历史博物馆馆长、论文作者之一Brandon Peecook说。

研究人员说,这项研究显示了已知的最早的獠牙实例,可以帮助科学家更好地理解进化是如何运作的。

“獠牙已经进化了很多次,这让你想知道如何进化以及为什么?我们现在有很好的数据,说明二齿兽进化出獠牙所需要发生的解剖学变化。 ”华盛顿大学伯克博物馆馆长、论文作者之一Christian Sidor说:“对于其他群体,如疣猪或海象,陪审团仍然没有结论。”

Angielczyk说:“尽管是极其奇怪的动物,但关于二齿兽的一些事情,比如獠牙的进化,为我们提供了关于今天我们周围的哺乳动物的信息。此外,任何时候你都可以说哺乳动物并不那么特别,二齿兽首先做到了这一点。”

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