为什么进化会让一些动物重返水中？
古生物学家凯勒布·戈登在耶鲁皮博迪博物馆测量古代龟骨。图片来源：uux.cn耶鲁皮博迪博物馆
（神秘的地球uux.cn）据耶鲁大学（作者：吉姆·谢尔顿）：在大多数叙事中，进化的故事是生物从海洋中出现并最终繁衍陆地的故事。但对某些物种来说，这种进化还伴随着一次回归。数十个主要的哺乳动物和爬行动物群体最终返回海滩，进入水中。耶鲁大学的一项新研究致力于解释这一现象何时以及如何发生，以及哪些物种完全重新投入水生生活。该研究发表在《当代生物学》期刊上。
“这些次生水生群体以惊人相似的方式适应了它们新的水生栖息地——进化出鳍类和其他一系列使它们更擅长游泳的特征，”首席作者凯勒布·戈登说，他今年早些时候作为耶鲁大学艺术与科学研究生院（GSAS）获得博士学位，目前是佛罗里达自然历史博物馆的博士后研究员。
“因此，它们已成为趋同进化的教科书范例，这能告诉我们许多关于驱动和限制适应性变化的过程，以应对类似环境信号。”
为这项研究，研究人员分析了耶鲁皮博迪博物馆及全球数十个机构收藏的数百件标本，进行了超过11,000件新测量、照片和CT扫描。团队还运用了经典的古生物学方法、系统发育机器学习算法，甚至二战时期的海军统计数据——所有这些都用来重建自然史上最重要的进化转变之一。
耶鲁大学文理学院（FAS）地球与行星科学副教授、皮博迪博物馆脊椎动物古生物学及脊椎动物学副馆长、该新研究的资深作者巴尔特-安詹·布拉尔表示：“以科学严谨的方式重建灭绝生命形式的生活，而不仅仅是讲述故事，是一项精准而细腻的任务。”
“这需要将现代生物的数据巧妙交织，而我们对这些生物的理解必然更为深入，同时还要了解这些生物体相对于化石形态的谱系，”他说。“凯勒布的工作完成了所有这些，甚至更多，而且规模宏大，进化规模更大。”
新方法利用以现代物种训练的机器学习模型，预测古代灭绝物种的水生习性及相关软组织适应。图片来源：uux.cn/Current Biology（2025年）。DOI：10.1016/j.cub.2025.10.068。https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822（25）01449-6
多年来，科学界一直缺乏一个有力、全面的解释来解释各种动物群体何时完全回归水中。研究人员不得不依赖对零散化石样本的自我解读，这些样本彼此关系不确定——有些特征表明这些动物生活在陆地上，另一些则表明它们生活在水中。
“在这些案例中，古生物学家常常陷入困境，因为不同证据对古老动物的描述存在分歧，”戈登说。
为解决这一挑战，他开发了一种方法，利用简单但强大的机器学习模型，训练于现代物种，预测与历史上有争议生态的古老灭绝物种的水生习性及相关软组织适应。
例如，研究人员能够就围绕棘龙的争议发表看法，棘龙是一种古老且模糊的水生恐龙，一直是古生物学家激烈争论的焦点。棘龙大约生活在1.13亿年前到9400万年前，现今的北非地区。
有一组证据表明棘龙经常潜水并在水下捕猎，比如海豹或企鹅;另一项证据表明棘龙像现代鹭一样在水边行走和觅食。
戈登说：“我们的结果为棘龙在水下停留的时间提供了新的视角，这可能支持水下捕猎的观点。”“我们自信地为棘龙恢复了高度水生习性，表明它大部分时间都潜伏在水中。”
相反，研究人员未见中龙——一类生活在2.9亿至2.74亿年前的小型海洋爬行动物，现今南非和南美东部地区——具有高度或完全水生的习性。虽然中脊龙会产下活体幼鸟，这让一些科学家认为它们过着完全的水生生活，但戈登表示它们的肢体比例表明属于半陆地生活方式。
“它们花了很多时间在陆地上，就像现代的鳄鱼或鸭嘴兽一样，”戈登说。“中龙并没有完全离开这片土地。”
研究团队能够确定，所有古生代的海洋爬行动物（即恐龙出现之前的所有海洋爬行动物）都会定期返回陆地，最多过着两栖生活方式。团队还能够基于前肢比例，以超过90%的准确率预测动物是否具有软组织鳍以及高度或完全水生习性。
研究人员还将20世纪40年代的一种技术应用于他们的新方法。
“凯勒布复兴了一种过去时代的统计技术，”合著者雅克·戈蒂耶说，他是耶鲁大学地球与行星科学教授，同时也是皮博迪博物馆脊椎动物古生物学主管。“它是在二战期间开发的，用来估算雷达屏幕上接近的信号是否是敌机的概率。凯勒布巧妙地利用它来判断灭绝动物是否有被改造为游泳的肢体。”
研究人员表示，这种新方法还可以应用于其他进化转变，比如人类祖先能够用两条腿行走，以及鸟类恐龙祖先能够飞行。
“骨头是地球上绝大多数脊椎动物中唯一遗留的遗物，”布拉尔说。“我们非常想了解这些生物及其所居住的失落世界，但我们几乎没有依据来得出结论。人们试图从骨骼遗骸中辨别生活习性，通常基于某一组偏好的特征来论证。凯勒布的方法去除了这一过程的主观性，让数据自行发声。”
更多信息：肢体比例预测已灭绝羊膜动物的水生习性和软组织鳍状动物，《当前生物学》（2025）。DOI：10.1016/j.cub.2025.10.068。www.cell.com/current-biology/f......0960-9822（25）01449-6
