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▲Edaphosaurus的重建图，它是一种原始的哺乳动物的祖先；它的长刺在其背上形成了一个帆。
哺乳动物在很多方面都是独一无二的，与爬行动物近亲相比，他们温血且动作敏捷。但是由哈佛大学研究人员Stephanie Pierce和Katrina Jones主持、由美国国家科学基金资助的一项最新研究表明，哺乳动物的独特之处在于其脊柱的组成。该研究成果近日在《科学》杂志上发表。
哈佛大学脊椎动物古生物学的Pierce说：“脊柱就好比许多珠子串在一根绳子上，每颗珠子代表一块椎骨。在大多数四脚动物中，如蜥蜴，脊椎的外形和功能都是一样的。但是哺乳动物的脊椎骨有所不同。脊椎的不同部分或区域——如颈部、胸部和下背部——呈现出非常不同的形状。它们的功能也有所不同，因此可以适应不同的运动方式，比如跑步、飞行、挖掘和攀爬。”
哺乳动物的椎骨是特化的，这可以追溯到最早的陆地动物。Jones说：“目前没有现生的动物可以呈现从‘似蜥蜴’祖先到哺乳动物的过渡形态。我们必须深入研究化石记录，检视那些已经灭绝的早期哺乳动物——下孔类非哺乳动物。”这些古老的祖先保留着我们理解哺乳动物的关键特征，包括脊椎。
然而，研究化石并不容易。Jones说：“化石是稀缺资源，要找到具有全部25个以上椎骨的动物化石几乎是不可能的。”为了解决这一问题，研究人员在世界各地的博物馆查看了保存完好的大约3.2亿年前的动物化石。
“回顾过去，哺乳动物脊柱的早期变化是其进化的第一步。”来自美国国家基金会地球科学部门的项目主任Dena Smith说。“脊椎随时间的变化使哺乳动物得以发展为我们今天所知道的种类繁多的类群。”
Pierce和Jones，以及芝加哥菲尔德博物馆的共同作者Ken Angielczyk，检视了数十个化石脊椎，以及超过1000个现生动物的脊椎，包括老鼠、鳄鱼、蜥蜴和两栖动物。他们想要探究哺乳动物的脊椎区域是否像以前认为的那样古老，或者哺乳动物是否有异于其他类群之处。
Pierce说：“如果像假设的那样，哺乳动物的脊椎在进化过程中保持不变，那么非哺乳下孔类动物与现生哺乳动物的脊椎区域应当相同。”但事实似乎并非如此。当研究人员比较椎体的布局和形状时，他们发现在哺乳动物进化过程中，脊椎骨形成了新的区域。
Jones说：“最早的非哺乳下孔类动物的脊椎区域比现生哺乳动物的要少。”大约2.5亿年前，肩部和前肢附近进化出了一个新的区域，兽孔目爬行动物的前肢也开始出现了显著的变化。
科学家们认为，这些同步的发育可能与动物行走和奔跑模式的变化相关联。
Pierce说：“在形成脊椎和肩胛骨的组织发育过程中，可能存在某种交流。我们认为，这种相互作用导致了肩部附近的一个新区域的形成，因为我们祖先的前肢进化出了新的形状和功能。”随后，另一个新区域在骨盆附近出现。Pierce说：“这最后一个腰背区域，似乎有助于个体适应不同的环境。”
构建哺乳动物脊椎的最后一步可能与Hox基因的变化有关，这对脊椎区域的早期发育很重要。Jones说：“我们已经能够将灭绝动物骨骼变化与现代发育生物学和遗传学联系起来，这种结合的方法有助于我们理解哺乳动物如何进化而来。”
科界原创
编译：灯丝
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180920160949.htm
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