恐龍對地球上的動物產生過怎樣的影響?
人們很難想像,因為對恐龍的恐懼,恐龍同時代(中生代)的哺乳動物,生活「單調」得只剩下夜間世界,全部晝伏夜出。
直到6600萬年前,恐龍滅絕後,哺乳動物才敢在白天活動。晝行性哺乳動物第一次出現:猴子、猩猩……
11月7日凌晨零點,來自以色列特拉維夫大學和英國倫敦大學學院的研究人員在《自然-生態與演化》上在線發表論文,提出了上述假說。
他們是在分析全球幾乎所有現存哺乳動物的晝夜行為數據後得出的上述結論。
並非所有的恐龍都是晝行性的。迅猛龍和一些翼龍具有明顯的夜行性特徵,但研究人員沒有發現恐龍時代晝行性哺乳動物存在的證據。
該論文的第一作者和共同通訊作者、以色列特拉維夫大學的博士研究生Roi Maor告訴澎湃新聞(www.thepaper.cn),該研究直接支持了「夜行瓶頸假說」。後者是人們理解哺乳動物進化的核心概念。在今天,這種理解尤其重要,因為它是規劃有效保護方案的必要條件。據倫敦大學學院官網信息,該論文的共同通訊作者、該校教授Kate Jones稱,「把古老哺乳動物行為上的轉變,跟當時的自然環境聯繫起來非常困難。所以,我們還不能說恐龍的滅絕導致哺乳動物在白天變得活躍。但在我們的研究中,看到了清晰的相關性。」
75年前的假說:晝行的瓶頸是恐龍75年前,1942年,當時在美國韋恩大學醫學院(原Wayne University College of Medicine)從事研究工作的科學家戈登•林恩•沃爾斯(Gordon Lynn Walls)發表了一本關於脊椎動物眼睛及其進化的研究專著(The Vertebrate Eye and its Adaptive Radiation )。他注意到哺乳動物的眼睛形狀、視網膜結構、視覺通路與其他動物的不同之處。
在這本書中,他提出了「夜行瓶頸(nocturnal bottleneck)假說」。
戈登•林恩•沃爾斯認為,正是因為某種巨大的瓶頸存在,才導致早期哺乳動物長期囿於夜間活動,並產生了適應性。
這種巨大的瓶頸就是恐龍,或者恐龍帶來的生存威脅。
早期哺乳動物為了避免與已經佔據霸主地位的恐龍接觸,擔心被捕獲,所以選擇了在夜間活動。而現存大多數哺乳動物對夜間活動的適應,是對這一古老習性的繼承。
此後,人們在解剖學、形態學到分子生物學的研究中,收集到越來越多支持「夜行瓶頸假說」的證據。
比如,人們發現,現存絕大多數哺乳動物,無論是晝行性的,還是夜行性的,其眼睛的角膜直徑與眼球軸向長度的比值都很高,這樣的眼睛在昏暗光線下的敏銳程度更勝一籌。
與其他脊椎動物相比,哺乳動物眼睛在明亮光線下感知色彩的感受器類型更少,也許是為了補償視力上的缺陷,哺乳動物的嗅覺、聽覺和觸覺,比如貓的鬍鬚,都大大增強了。
但Roi Maor等人在論文中表示,這些證據更多是間接證據,而非直接相關的證據。更重要的是,此前的研究無法解答晝行性哺乳動物是什麼時候出現的。
晝行是否幫哺乳動物稱霸地球,需進一步研究與化石數據相比,他們更喜歡動物行為數據。比如,一些化石暗示相關動物是夜行性的,但事實卻相反。據倫敦大學學院官網信息,一位署名作者表示,「我們活在陽光下的很多適應性的改變、進化特徵,存在我們的軟組織裡。」換句話說,這些進化特徵在骨骼或化石上可能看不到。
而動物行為是基因和生存壓力選擇的結果。
他們用現存哺乳動物的行為數據構建進化樹,來預測、重建其「最近祖先」(MRCA)的行為模式。
根據其行為模式的不同,研究人員將這2415種哺乳動物分為夜行性、晝行性、混合型(晝夜都活躍)、晨昏型(只在傍晚或拂曉時活躍)、超晝夜型(不分晝夜,每隔特定時間就活躍)動物。
他們重點關注了前三種動物,並根據關於哺乳動物進化的兩種主流假說,將它們先後構建到兩種進化樹上,然後使用可逆跳轉的馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法(rjMCMC),來估計三種晝夜行為模式之間發生轉變的速率,以及進化樹上每個節點的後驗概率。
至此,他們成功地把一個生物學問題變成了一個數學問題。通過比較概率的大小,研究人員就可以判斷哪種情況更符合邏輯:是夜行性哺乳動物演化出了晝行性哺乳動物,或者是相反的可能。
Roi Maor告訴澎湃新聞,該論文是他博士論文中的一章。在做這項研究時,他遇到最大困難之一是收集2415種哺乳動物的晝夜行為數據。他花費了數百個小時從資料庫和文獻中搜集這些數據,而編程和分析又花費了數月。
但令他很開心的是,在同時使用三個統計方法、兩個模型進行分析後,最終得出的結論都是一致的:數據顯示,早期的哺乳動物是夜行性動物。恐龍減少或滅絕後,混合型、晝夜都興奮的哺乳動物出現,最後,晝行性哺乳動物「登場」。
混合型、晝夜都興奮的行為模式,被認為是為了應對兩種相反的自然選擇壓力。比如鱗翅目的蛾子和一些蝴蝶,它們夜裡被蝙蝠捕食,白天又成為鳥的獵物,所以採取了這種生存策略。
大約5200萬年前-3300萬年前,猿猴靈長類作為最早的晝行性哺乳動物出現。猿猴靈長類是唯一一種演化出對白天活動獲得良好適應的哺乳動物,其視覺靈敏度和色彩感知力可以與一些鳥類和爬行動物相媲美。
Roi Maor的目標是找到能更好表徵哺乳動物物種之間相關性的方式,這樣的話,「我們就可以進一步地研究數以百萬年前的動物了。」
距今6600萬年前的白堊紀-古近紀的物種滅絕事件中,地球上所有非鳥類恐龍、大多數脊椎動物、無脊椎動物和植物都消失,恐龍時代隨之結束,哺乳動物開始了「統治」。「但哺乳動物晝行行為的出現,是否幫助其取得了勝利,還需要進一步研究。」研究人員在論文中寫道。
研究人員同時表示,需要進一步研究來補足哺乳動物的進化樹,以給出晝行性動物首次出現的更確切時間。
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