开创性的分析表明,最早的哺乳动物的牙齿属于2亿年前的早期哺乳动物,它们的功能与其冷血的同类——爬行动物相似,过着不太活跃但寿命更长的生活。这项研究由英国布里斯托大学和芬兰赫尔辛基大学领导,今天在《自然通讯》上发表,这是古生物学家首次能够直接研究早期化石哺乳动物的生理机能,颠覆了之前对我们最早祖先的看法。
来自两种最早的哺乳动物Morganucodon和Kuehneotherium的牙齿化石,首次使用强大的X射线扫描,揭示了这些小型哺乳动物的寿命和进化,这些小动物与早期的恐龙一起在地球上漫步,许多科学家认为它们是温血动物。这使得团队能够研究它们牙槽中的生长环,每年沉积的生长环可以被计算出来,告诉我们这些动物活了多久。
结果表明,最长寿命可达14年,比同样大小的毛茸茸的后代如老鼠和鼩鼱要老得多,它们在野外通常只能存活一两年。
研究的主要作者,布里斯托大学的研究助理Elis Newham博士说:“我们发现了一些令人惊奇且非常令人惊讶的事情。人们认为哺乳动物的关键特征,包括它们的温血性,大约在同一时间进化。相比之下,我们的研究结果清楚地表明,尽管它们的大脑更大,行为更先进,但它们并没有快速生活和早逝,而是过着一种更慢节奏、更长寿的生活,类似于小型爬行动物,如蜥蜴。”
通过这种方式使用先进的成像技术是Newham博士的导师Pam Gill博士的想法,她是布里斯托大学的高级研究助理和伦敦自然历史博物馆的科学助理,她决心挖掘其潜力。Gill博士说:“一位同事,也是合著者之一,拔了一颗牙,并告诉我他们想拍X光片,因为这可以告诉你很多关于你生活历史的事情。这让我想知道我们是否可以用同样的方法来了解更多关于古代哺乳动物的信息。”
通过扫描化石化的牙骨质,这种材料将牙根锁定在牙槽中,并在一生中持续生长,Gill博士希望保存足够清晰,以确定哺乳动物的寿命。为了测试这一理论,将属于Morganucodon的古代牙齿标本送到赫尔辛基大学和芬兰地质调查局的Ian Corfe博士那里,他使用高功率的同步辐射X射线对其进行了扫描。
Corfe博士说:“令我们高兴的是,尽管牙骨质只有几分之一毫米厚,但扫描的图像非常清晰,环数可以被实际计算出来。”
这标志着一项为期六年的国际研究的开始,该研究专注于这些最早的哺乳动物,Morganucodon和Kuehneotherium,它们来自英国南威尔士的侏罗纪岩石,可以追溯到近2亿年前。Corfe博士补充说:“小哺乳动物掉进了岩石中的洞穴和洞里,它们的骨骼,包括牙齿,都化石化了。由于这些微小碎片的保存非常完好,我们能够检查数百个个体的物种,比预期的要老的化石结果更有信心。”
研究人员带着大约200颗牙齿标本,由伦敦自然历史博物馆和剑桥大学动物学博物馆提供,分别在法国和瑞士的欧洲同步辐射设施和瑞士光源进行扫描,这是世界上最亮的X射线光源之一。在寻找一个令人兴奋的项目时,Newham博士在布里斯托大学攻读古生物学硕士学位,然后在南安普顿大学攻读博士学位。Newham博士说:“我正在寻找一些大的东西来深入研究,这完全符合要求。
仅仅扫描就花费了一周多的时间,我们24小时轮班工作来完成它。这是一个非凡的经历,当图像开始出现时,我们知道我们找到了一些东西。”
Newham博士是第一个分析牙骨质层并发现其巨大意义的人。Newham博士说:“我们以3D形式数字化重建了牙根,这些显示Morganucodon的寿命可达14年,Kuehneotherium的寿命可达9年。我感到震惊,因为这些寿命比我们预期的1到3年要长得多。
它们的骨骼、头骨和牙齿在其他方面非常像哺乳动物。它们有专门的咀嚼牙齿,相对较大的大脑,可能还有毛发,但它们的寿命很长,表明它们的生活节奏更像爬行动物而不是哺乳动物。有很好的证据表明,哺乳动物的祖先从晚二叠纪开始变得越来越温血,超过2.7亿年前,但即使在7000万年后,我们的祖先仍然更像现代爬行动物而不是哺乳动物。”
尽管它们的生活节奏仍然是爬行动物,但在这些早期哺乳动物的骨组织中发现了持续运动的中间能力。作为一种活组织,骨骼含有脂肪和血管。这些血管的直径可以揭示动物可用的最大血流量,这对于觅食和狩猎等活动至关重要。Newham博士说:“我们发现,在Morganucodon的大腿骨中,血管的流量略高于同样大小的蜥蜴,但远低于现代哺乳动物。
这表明这些早期哺乳动物的活动时间比小型爬行动物长,但不能过现代哺乳动物那样充满活力的生活。”