蝙蝠的头部为何差异显著

不同种蝙蝠的头骨。

我们对蝙蝠的了解并不多，尤其是有关吸血鬼的传说更是在它们身上增添了一些恐怖的色彩。实际上，蝙蝠构成了哺乳动物中最大的群体之一，在全球范围内有超过1300种。近距离观察的话，你会发现不同种类的蝙蝠之间差异很大，它们有些有大大的耳朵，有些有复杂的鼻子或者长长的下巴。通过研究蝙蝠的这种多样化的形态特征，可以让我们了解究竟是什么样的进化力量塑造了动物的外形。

华盛顿大学的一个生物学家团队一直在利用蝙蝠来做到这一点。博士后研究人员Jessica Arbour和Abigail Curtis，以及华盛顿大学伯克自然历史与文化博物馆生物学副教授和哺乳动物馆长Sharlene Santana将重点放在了对蝙蝠头骨的多样性的研究上面。

实验中，研究人员对200多种蝙蝠的头骨进行了高分辨率的微CT扫描。使用扫描结果,以及关于蝙蝠物种之间的进化关系的信息，他们分析了过去数千万年以来蝙蝠头骨的物理变化类型，并将其与蝙蝠演化历史上的特定事件——如一个分支改变了饮食类型或适应了一个新的生态位——联系在一起。在5月2日发表于《自然通讯》杂志的论文中，研究人员报告说，在蝙蝠的进化史上，有两种主要力量塑造了它们的头骨：回声定位和饮食。他们甚至能够确定这些力量于何时占据主导地位。

Santana说:“我们试图解决有关蝙蝠头骨多样性进化的一个主要问题，即如何解释我们在蝙蝠头骨形状上看到的大量差异。我们发现，回声定位是影响颅骨形状的一个重要且古老的因素。饮食也很重要，但通常是在更近的历史时期才开始起作用的。”

该研究扫描收集了191个蝙蝠物种的下颌三维形状的详细数据，以及202个物种的头盖骨——包括上颌和脑壳在内的颅骨的上部——信息。之后，研究人员利用计算机模型将头骨的微CT扫描数据与蝙蝠物种之间的进化关系以及饮食等生态特征的数据结合起来。这些分析不仅使他们能够比较蝙蝠谱系之间和之内的头骨差异，而且还能专注于头骨的特定部分，比如下颌。

Santana说:“独立分析头骨的不同部位很重要，因为有些部位有许多不同的功能，这可能会限制它们所能承受的变化。例如，颅骨有许多功能，如进食、呼吸和保护大脑。下颌在很大程度上只是与进食有关，这可以让它更自由地进化，以应对饮食的变化。”

研究小组的分析表明，在蝙蝠进化的早期——大约5800万到3400万年前——回声定位是蝙蝠家族头骨形状变化的主要驱动力。大多数蝙蝠利用回声定位能力在光线不足的环境下狩猎、觅食和导航。化石记录表明，蝙蝠的回声定位能力很早就进化出来了——至少在5200万年前。从那时起，不同的蝙蝠家族进化出了独特的回声定位机制——比如通过鼻孔而不是嘴巴发出声音。其中一个群体——megabats，甚至失去了喉部回声定位的能力。

研究小组还发现，从大约2600万年前开始，饮食成为推动蝙蝠头骨形状进化的主要因素，但并不是所有蝙蝠都如此。虽然有些科的蝙蝠在饮食上是相当一致的，例如都吃昆虫，但叶口蝠科蝙蝠的食性却大不相同，从昆虫到水果，再到小型脊椎动物，甚至是血液都可以是它们的食物。研究小组发现，叶口蝠科蝙蝠不同饮食结构的进化，实际上是这群蝙蝠头骨形状变化的主要驱动力。

“叶口蝠科蝙蝠因其独特的头骨形状和饮食结构而引人注目。”Santana说，“在相对较短的时间内，随着辐射到不同的生态位，它们进化出了一系列的头骨适应。”

饮食和回声定位对颅骨进化的影响也是不一致的。研究人员从这两种力如何塑造头骨的角度看到了它们在头骨部分的“解耦”。饮食对下颌骨的驱动作用更强，而回声定位对颅骨的影响更大。

Santana的团队正在继续这项工作。这些研究将可以确定，在蝙蝠身上看到的模式——比如头骨部分的“解耦”，或者物种随着适应新的生态位而改变形状——是否适用于包括人类在内的其他谱系。

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编译：Max 

审稿：阿淼  

责编：张梦

期刊来源：《自然通讯》

期刊编号：2041-1723

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190502075839.htm

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