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特稿｜中生代鸟类的牙齿替换：来自化石的新证据

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 20:22

渤海鸟替换齿重建视频

近日，北京自然博物馆和美国洛杉矶自然历史博物馆古鸟类研究团队在国际学术期刊《白垩纪研究》（Cretaceous Research）上在线发表了题为Cranial and dental morphology in a bohaiornithid enantiornithine with information on its tooth replacement pattern的研究论文，报道了一件发现于中国辽宁省下白垩统九佛堂组中的渤海鸟类化石（编号：BMNHC-PH1204）。通过高精度CT和CL扫描技术，新标本不仅提供了丰富的颅骨解剖学信息,而且我们在其上下颌骨的牙齿内部还发现了数枚十分罕见的替换齿，这一发现为揭示反鸟类的牙齿替换模式提供了新的化石证据。

渤海鸟化石

近十几年来在我国东北地区发现了大量保存精美的中生代鸟类化石，物种类型涵盖了以孔子鸟为代表的基干鸟类到进步的反鸟类和今鸟型类，它们为研究鸟类的起源和演化提供了重要的信息。渤海鸟类是热河生物群中物种最为繁盛的一个反鸟类支系，已经发表过的渤海鸟类物种包括郭氏渤海鸟（Bohaiornisi guoi）、孟氏神七鸟（Shenqiornis mengi）、吉氏齿槽鸟（Sulcavis geeorum）、韩氏周鸟（Zhouornis hani）、马氏副渤海鸟（Parabohaiornis martini）和库氏长爪鸟（Longusunguis kurochkini）共计六个属种。我们将该标本（BMNHC-PH1204）的形态学信息添加到了一个新的特征矩阵后进行了系统发育分析。结果显示，新标本的系统位置包含在了渤海鸟科（Bohaiornithidae）的框架范围内，表明该件标本属于渤海鸟科成员。

在以往的中生代鸟类研究中，由于受到化石埋藏情况以及保存条件等原因的限制，古生物学家对部分骨骼的具体形态特征仍然知之甚少。为对该件化石的解剖学结构进行更为深入的研究，我们使用了电子计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）和计算机断层成像技术（Computed laminography，CL）分别对头骨、上下颌等身体多个部位进行了高精度扫描和数据重建。CT扫描数据展示出了该件渤海鸟类头骨特别是头后枕部区域骨骼形态的详细特征，增进了我们对于反鸟类头骨演化过程的了解。

头骨枕区形态

牙齿的萌出和替换是脊椎动物的一种常见生物学现象。与哺乳动物的双齿性（diphyodonty）不同（即一生中生长和发育出乳齿与恒齿两套牙齿），在大多数两栖类、爬行类中普遍存在多齿性（polyphyodonty）。研究表明，爬行动物具有交替置换的牙齿替换模式，当齿列上位于偶数的牙齿被替换时，奇数的牙齿不被替换。虽然牙齿的更换时间与磨损无关，但替换过程的基本调节机制一直难以理解。自十九世纪以来随着始祖鸟（Archaeopteryx）化石的发现，人们认识到在原始鸟类的上下颌中还保留了如爬行动物一样的多齿特征，而在现生鸟类中牙齿全部退化、颌骨则被角质喙所覆盖。由于鸟类化石的稀缺性，古生物学家对原始鸟类牙齿的替换模式仍然缺乏详细的认识，迄今为止仅有始祖鸟（Archaeopteryx）与今鸟型类（如黄昏鸟Hesperornis、似黄昏鸟Parahesperornis、鱼鸟Ichthyornis）等少数几种中生代鸟类有过相关研究记录。我们在对该件渤海鸟类化石的头部进行计算机断层扫描的过程中意外发现了隐藏在牙齿内部细小的替换齿。扫描数据显示，保存在渤海鸟类化石上下颌中的替换齿均在奇数位置发育并且存在交替顺序的牙齿替换模式。这种牙齿替换模式是爬行动物的典型特征，表明原始鸟类也具有同样的替换模式。这种在爬行动物和原始鸟类当中广泛存在的牙齿替换模式暗示一种保守的控制机制调节着牙齿替换节奏。此外，我们将渤海鸟类（BMNHC-Ph1204）与始祖鸟以及三种具齿的今鸟型类进行了比较后发现它们均展现出相似的牙齿替换模式，表明中生代三种主要的鸟类谱系共享这一特征。