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《自然》:早期恐龙产下的蛋是软的

鼠龙的含胚胎化石蛋(Credit: © D. Pol)

鼠龙的含胚胎化石蛋(Credit: © D. Pol)

原角龙巢穴中的软壳蛋,内有蜷曲的胚胎。(Credit: M. Ellison/©AMNH)

原角龙巢穴中的软壳蛋,内有蜷曲的胚胎。(Credit: M. Ellison/©AMNH)

保存异常完好的标本包括六个胚胎,这些胚胎保存着几乎完整的骨骼。(Credit: M. Ellison/©AMNH)

保存异常完好的标本包括六个胚胎,这些胚胎保存着几乎完整的骨骼。(Credit: M. Ellison/©AMNH)

(神秘的地球uux.cn报道)据小柯机器人:美国自然博物馆Mark A. Norell、耶鲁大学Jasmina Wiemann、Matteo Fabbri等研究人员合作发现,第一个恐龙蛋原来是软的。2020年6月17日,《自然》杂志在线发表了这一研究成果。

通过矿物学、有机化学和超微结构的证据,研究人员证明了保存良好鸟臀目恐龙原角龙和蜥脚类鼠龙的蛋壳具有非生物矿化的软壳性质。对一组代表性的硬壳和软壳、化石和现存的双孔亚纲蛋壳的原位拉曼光谱统计评估表明,原本有机但二次磷化的原角龙和有机的鼠龙蛋壳与柔软的、未生物矿化的蛋壳聚类在一起。组织学证实了这些甲壳类恐龙蛋的有机组成,并揭示出类似于乌龟软壳的分层排列。

通过祖先状态的成分和超微结构重建,研究人员将原角龙和鼠龙的蛋壳与其他双足动物的蛋壳进行了比较,从而揭示了第一个恐龙蛋是软壳的。在整个中生代,钙化的硬壳恐龙蛋至少独立进化了三次,这解释了化石记录中对恐龙蛋壳的偏差认知。

据了解,钙化的蛋壳可保护发育中的胚胎免受环境压力,并有助于生殖成功。由于现代鳄鱼和鸟类产下硬壳蛋,这种蛋壳类型已被推断为非禽类恐龙所有。已知恐龙蛋壳的特征是:最内层的膜、含有方解石的蛋白质覆盖基质以及最外层的蜡状角质层。钙质蛋壳由一个或多个超微结构层组成,在三个主要的恐龙进化枝之间,呼吸孔的构造也明显不同。到目前为止,仅发现了鸭嘴龙、几种蜥脚类和坚尾龙类的蛋壳。化石记录的匮乏和中间蛋壳类型的缺失挑战所有恐龙蛋壳结构具有一致性的观点。

相关报道:第一枚恐龙蛋可能是软的

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(任芳言):在智利国家自然历史博物馆,有一具化石标本从未被贴上分类标签。2011年,它被人从南极带回,长约28厘米,宽约18厘米,有点像泄了气的足球。过去近十年,科学家对确认这具化石的来历一直没什么头绪。

无独有偶,美国自然历史博物馆的古生物学家马克·诺雷尔也有一个十几年都没解开的难题。2005年,他与同事在蒙古南部发现了一些原角龙蛋化石,这些蛋的内部有幼龙的骨骼雏形,但没人能解释为何蛋的边缘有一圈神秘的白色圆环。

6月18日,《自然》发表了两篇论文,两个谜题就此解开,并指向一个关键结论:早期恐龙产下的蛋是软的。这也解释了为何恐龙化石标本中,蛋化石尤其少——软壳状态下的蛋更脆弱,很难演变成化石。

茱莉亚·克拉克是奥斯汀得克萨斯大学的古生物学家。在她和同事的努力下,那颗“泄了气的足球”终于有了身份——它其实是大型海底捕食者沧龙的蛋化石,来自6600万年前。通过一系列显微镜观察,他们证实化石上褶皱而脆弱的外壁实际上是卵的分层结构。

诺雷尔等人发现的化石上的白色环状物,也恰恰是软壳蛋的有力证明。为了解开谜题,他与同事将化石样品置于激光中,记录光与样品表面相互作用产生的变化。

研究组用到了两组化石样品,其一是蒙古出土的、7500万年前的原角龙蛋化石,另一个是约2.15亿年前的沧龙蛋化石。软蛋壳的分子指纹与硬蛋壳有所不同,诺雷尔等人最终证实,两份化石上的白色光环,其实是化石版的软蛋壳分子指纹。沧龙存活于恐龙时代早期。

先前研究指出,早期的恐龙蛋很可能就是软的。而原角龙的蛋化石则意味着,即便在已经出现硬壳蛋的恐龙时代晚期,也有软壳蛋的存在。去年,英国莱斯特大学的研究者还发现,翼龙也会产下软壳蛋,孵化后的翼龙可以立刻飞翔。而克拉克等人也指出,沧龙很可能在软壳蛋产下后的几分钟就孵化出壳。

有研究者指出,陆地上的恐龙会将软壳蛋埋起来,这种做法可能是出于安全考虑,毕竟数吨重的成年恐龙直接孵在蛋上,蛋壳很容易被破坏。也有研究者表示,这一做法可以防止蛋的水分流失。不过此举也可能导致蛋处于较低温度、发育得更缓慢。

这两项研究改变了人们对恐龙成长和抚育方式的认知。葡萄牙里斯本技术大学古生物学家里卡多·阿劳霍指出,诺雷尔等人的结论令人信服,其研究提醒人们,“我们对恐龙繁殖策略的多样性知之甚少”。

相关报道:《自然》最新论文:古生物学家研究发现软壳蛋演化确凿证据

(神秘的地球uux.cn报道)据中新社北京6月18日电(孙自法):国际学术期刊《自然》最新发表两项古生物学研究论文称,科学家们通过对包括鸟类、哺乳动物和爬行动物的羊膜动物的蛋的演化进行阐述,已研究发现关于软壳蛋演化的确凿证据。

其中,一项研究认为最初的恐龙所产的蛋可能是软壳蛋,这与一般的流行观点——恐龙产的是硬壳蛋相左;另一项研究描述了一个来自约6600万年前南极洲白垩纪沉积物的大号软壳蛋,也是迄今在南极洲发现的第一个化石蛋。

该研究论文介绍,羊膜动物所产的蛋包含一块内膜或羊膜,可以帮助防止胚胎变干。一些羊膜动物(如蜥蜴和乌龟)产软壳蛋,另一些(如鸟类)则产高度钙化的硬壳蛋。这种差异展现出不同的演化轨迹,钙化蛋更能抵御环境压力,它们的演化在羊膜动物的历史上具有里程碑意义,因为它们有助于繁殖成功,进而推动该支系的扩散和分化。不过,软壳蛋鲜有化石记录,因此难以研究从软壳蛋到硬壳蛋的过渡。

当中一项研究论文通讯作者、美国自然历史博物馆马克·诺瑞尔(Mark Norell)等通过研究原角龙和鼠龙的含胚胎化石蛋,发现它们都是软壳。研究者认为,钙化硬壳蛋在恐龙中至少独立演化了3次,并可能从一系列原始软壳型发展而来。软壳蛋可能被埋在湿润的土壤或沙中,之后借助植物物质分解所发的热来孵化,就像如今的某些爬行动物一样。

美国得克萨斯大学奥斯汀分校朱莉娅·克拉克(Julia Clarke)、卢卡斯·勒让德(Lucas Legendre)是另一项研究论文的共同通讯作者,他们描述了来自南极洲的一个近乎完整的足球大小的软壳蛋,这是迄今描述的最大的蛋之一,其大小仅次于马达加斯加已灭绝的象鸟所产的蛋。该软壳蛋的尺寸和薄壳(缺少透明的外层)暗示其为卵胎生,即一个“发育不全”的卵子在母体内发育,待产出后立即孵化。该软壳蛋被划归为一个新的分类,虽然其母体依然成谜,但论文作者认为它可能是一种如沧龙的巨型海洋爬行动物所产。

针对约6600万年前南极洲的软壳蛋研究,瑞典隆德大学、乌普萨拉大学两位学者同期发表观点文章则提出另一种解释——它是一种恐龙产的蛋,这一假设性解释的依据是该软壳蛋的估算重量接近于鸟类和非鸟恐龙已知最大的蛋的重量,而且后面两类都在南极洲留下了化石。

相关报道:别被《侏罗纪公园》误导:科学研究发现恐龙蛋并非硬壳、实际柔软

(神秘的地球uux.cn报道)据快科技(万南):围绕在恐龙身上,还有相当多的未解之谜。那些看过《侏罗纪公园》或者《小脚板走天涯(The Land Before Time)》的人,可能自然而然认为恐龙蛋坚硬、巨大,可实际上,最新的研究表明,这完全是误区。

《自然》的文章中,来自美国历史自然博物馆的Mark Norell称,化石证据显示,原角龙、霸王龙的蛋都是软乎乎的,它们就像现在的爬行动物一样,把蛋下在潮湿的土壤中,类似于海龟、蛇类等。

不同于硬壳,软壳蛋保存起来也非常困难,导致人类长期以来知之甚少。同时,恐龙后期为适应进化,硬壳变得多且保存下来,形成了我们先入为主的概念。

相关报道:最早的恐龙蛋是“软蛋”

(神秘的地球uux.cn报道)据环球科学:在我们的印象中,恐龙产的蛋都有着坚硬的钙化外壳,但发表于《自然》的新研究却提出,最初的恐龙蛋可能是软壳蛋。在这项研究中,美国自然历史博物馆的科学家研究了原角龙(Protoceratops)和鼠龙(Mussaurus)的含胚胎化石蛋,发现它们都是软壳的。作者认为钙化硬壳蛋在恐龙中至少独立演化了三次,而且可能从一系列原始软壳型发展而来。软壳蛋可能被埋在湿润的土壤或沙中,之后借助植物物质分解所发的热来孵化,就像如今的某些爬行动物一样。

相关报道:Nature惊人发现!恐龙也有软蛋!

(神秘的地球uux.cn报道)据生物谷:人们认为,恐龙产的蛋是硬壳的,而古代的海洋爬行动物是胎生的。然而,软壳蛋化石的新发现对这些长期坚持的生殖进化原则提出了挑战。

羊膜卵的出现标志着脊椎动物进化史上的一个关键事件。它的主要适应优势是羊膜--一种能防止胚胎干燥的包裹膜,这也是羊膜卵得名的主要特征。另一个关键的发展是增加了一个坚韧的外壳,提供保护和机械支持。这使得最早的爬行动物在3亿年前就开始在陆地环境中生存,并为鸟类和哺乳动物的出现铺平了道路。

因为坚硬的壳,钙质的蛋,像鸟类的蛋,由结晶碳酸钙加固,它们在化石记录中表现得很好。相比之下,像大多数蜥蜴和蛇这样的软壳蛋,有坚韧的外壳,但腐烂很快,因此很少能保存下来。Norell和Legendre等人在《自然》(Nature)杂志上撰文描述了数百万年前的软壳蛋,这种蛋可能会改变人们对恐龙繁殖的普遍看法,也可能会改变人们对古代海洋爬行动物的看法。

自1859年最早的文献记载以来,几乎全世界都发现了恐龙蛋和蛋壳,偶尔还会发现伴生胚胎的遗骸。关于集体筑巢和孵蛋的发现也揭示了恐龙类似鸟类的育儿行为的古老历史。然而,尽管研究揭示了蛋化石的生物化学和颜色,但已知的下蛋恐龙的多样性仍然局限于少数几个类群,包括巨大的蜥脚类动物、食肉兽脚亚目恐龙和鸭嘴龙。此外,大多数恐龙蛋在地质学上相当年轻,是从白垩纪3年代的岩石中提取出来的,白垩纪3年代是中生代最后一个也是最长的时期,大约在1.45亿年前到6600万年前。

考虑到现代鳄鱼和鸟类产的蛋是硬壳的,传统的假设是,它们的近亲恐龙,也同样产的蛋是钙质的壳,尽管这与不同恐龙之间令人费解的壳微观结构差异不一致。Norell和他的同事们现在提出,这种解剖学上的不一致之所以出现,是因为恐龙体内至少有三次钙质恐龙蛋独立进化而来,每一次都可能是由一种不同类型的祖先软壳恐龙蛋进化而来。

Norell等人的结论是基于从含有三叠纪晚期蜥脚类恐龙麝龙和白垩纪晚期角龙胚胎的非钙质恐龙蛋中获得的微观结构和有机化学数据。作者的计算机生成的进化模型还表明,从前白垩纪岩石中挖掘出的恐龙蛋的稀缺可能反映了羊皮纸样蛋壳的保存潜力不足。此外,因为软壳鸡蛋对干燥和物理变形都很敏感,所以似乎有理由推测它们是被埋在潮湿的土壤或沙子里,依靠外部孵化--比如植物分解产生的热量--而不是亲代孵化的。

与恐龙不同的是,沧龙(水生蜥蜴的一个已灭绝的家族)和其他中生代的海洋爬行动物,如海豚状的鱼龙和长颈蛇颈龙,通常被认为是在年轻时就产下后代,这种繁殖策略被称为胎生。然而,这种观点现在可能也要改变了。Legendre和他的同事报告说,他们在距今最近的白垩纪附近的海洋中发现了一个足球大小的蛋化石,地点位于南极洲附近的西摩岛。作者将他们的标本化石命名为Antarcticoolithus,这个名字来源于南极大陆和古希腊语中蛋和石头的意思。Antarcticoolithus是有记录以来最大的蛋之一,在体积上,只有一些非鸟类恐龙和已灭绝的马达加斯加象鸟能与之匹敌。然而,值得注意的是,这些其他类型的蛋的特征是厚的石灰质外壳,而Antarcticoolithus则有一层薄的,可能最初是柔软的外壳。

虽然谨慎地指出化石蛋中没有发现胚胎, Legendre等人推测它可能是被一个巨大的海洋爬行动物生产的,也许最可能是沧龙,基于结构上与lepidosaurs的皮革卵相似--lepidosaurs包括沧龙、蜥蜴、蛇、大蜥蜴等。此外,由于沧龙的身体呈流线型,因此无法在陆地上移动,Legendre和同事认为它们一定是在水下某个深度产卵的。然而,尽管现代胎生蜥蜴确实产下了被薄覆盖物(主要是胎外膜)包围的发育完全的幼龙,但少数已知的怀孕沧龙化石(包含沧龙及其祖先的那一组化石)并没有被发现与蛋壳残骸有关。至关重要的是,沧龙也是呼吸空气的动物;因此,把软壳蛋产在水下会给新生婴儿带来很大的溺水风险。

考虑到Norell等人的发现,确定难以捉摸的Antarcticoolithus的生产者变得更加有趣,这可能暗示某种恐龙是自豪的父母。事实上,Antarcticoolithus的总估计重量显然接近于最大的非鸟类恐龙和鸟蛋,而且这两个类群都有南极洲化石出现的历史。因此,恐龙的血统至少对Antarcticoolithus来说似乎是可信的,Antarcticoolithus可能是生在陆地上,然后被冲到海里,成为一个丢弃的蛋壳。在最终下沉到海底之前,它可能会因为被困的空气而在一段时间内保持浮力,在那里它被沉积物掩埋并最终变成化石。让我们期待未来同样壮观的带有完整胚胎的蛋化石的发现能解开这个发人深省的谜团。

参考资料:

Hard evidence from soft fossil eggs
Norell, M.A., Wiemann, J., Fabbri, M. et al. The first dinosaur egg was soft. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2412-8
Legendre, L.J., Rubilar-Rogers, D., Musser, G.M. et al. A giant soft-shelled egg from the Late Cretaceous of Antarctica. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2377-7




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