中國化石為哺乳動物大腦進化理論提供新證據

Hadrocodium wui的顱骨(uux.cn)

　　古生物學家發現，一種改善的嗅覺啟動了如今哺乳動物的遠古表親的大腦進化。

　　這些發現可幫助解釋為什么哺乳動物會進化出如此大且復雜的腦子。在某些情況下，動物的腦組織會膨脹至相當于10倍于身體體形的尺度。通過重新構建2種早侏羅世時期的哺乳動物(摩根獸和巨顱獸)的化石，研究人員為哺乳動物的腦子是以三個重大階段進化的理論提供了新的證據：第一階段是改善嗅覺;然后是增加通過體毛的觸覺;第三是改善神經肌肉協調或應用感官來產生體現技能的肌肉運動。

　　德克薩斯大學奧斯汀分校的脊椎動物古生物學實驗室負責人及本文的主要作者Tim Rowe說：“現在我們對哺乳動物早期進化中的歷史性事件的發生順序及不同的感覺系統的相對重要性有了更好的了解。它描繪出了一個有關先祖哺乳動物及我們自己的祖先究竟是什么樣子以及其行為方式的更為生動的畫面。”

　　這一研究應用了一種叫作X射線電腦斷層攝影(或CT)的醫療成像技術重構了來自中國的1億9000萬年前的摩根獸和巨顱獸的化石的腦模型或顱腔模型。這些極其細小的地鼠樣的動物被認為是現存哺乳動物的前體或“前-哺乳動物”。一個腦子的顱腔模型是容納腦的空間或空腔的一個模型。在本研究中使用的腦顱腔模型是通過化石作用而自然發生的。

　　CT技術是分析脆弱的化石所不可或缺的，因為它可令研究人員在無須為了暴露顱腔而破壞化石的情況下創制出一個化石性腦腔的精確三維畫面。

　　Rowe的團隊耗費了數年的時間在德克薩斯大學奧斯汀分校的高分辨率X射線電腦斷層攝影機構用CT來掃描了十幾個前哺乳動物腦子的顱腔模型。

　　這些三維的畫面給了研究人員，這些化石的腦腔和鼻腔的一個放大了的內視圖。該研究團隊觀察到，在這些前哺乳動物的化石中，其鼻腔及相關的嗅覺區域有所增大，同時增大的還有腦中的那些處理嗅覺資訊的區域。這兩組特征表明，在前哺乳動物中，其嗅覺有所改善。

　　該研究還查看了體毛的發育對腦子尺度的影響。例如，回形針大小的巨顱獸長著皮毛，而與其密切相關動物的毛皮或皮膚的化石提示摩根獸可能也長有體毛。文章的作者猜測，多毛的早期哺乳動物很快就發育出了靈敏的觸覺，以及增強了的運動協調性。

　　動物的體毛原先并非用于保暖，而是作為一種及其細小的空中交通控制器，使得前哺乳動物能夠在小縫隙中行進并避免受到傷害。文章的作者提出，這種增強的觸覺敏感性最終導致了在哺乳動物腦子的新皮層中復雜的感覺區域的形成。

　　由于新皮層與諸如感官知覺及運動指令的產生等作業有關，其功能的提高可能會導致早期哺乳動物運動技能的精微調節及神經肌肉的協調。在這兩個化石中，其小腦(這是腦中負責感覺-運動整合的區域)的尺度生長到如此之大，使得其開始起波紋而形成折疊;這一尺度的增加支持早期哺乳動物已發展出了高級的神經肌肉協調的觀念。

　　與其它種群哺乳動物(如那些叫做犬齒獸的原始爬行動物)化石的腦子顱腔模型進行比較之后顯示，摩根獸和巨顱獸的腦子幾乎要比哺乳動物的前體動物的腦子大50%。整體來看，這些結果提示，早期哺乳動物的探索大量的以氣味占主導的資訊的能力使得它們與即使是它們最近的已經滅絕的親族相比也存在著極大的差異。

　　Rowe說：“既然我們對先祖哺乳動物的腦子有了一個概貌，我們計劃對哺乳動物隨著進化和多樣化而隨之發生的腦子及感覺系統的多元化進行探索。這將使人們揭開新的秘密，這些秘密反映了哺乳動物腦子和極端感覺適應(如鴨嘴獸中的電感覺及鯨魚和蝙蝠中的聲納)的進化有多么巨大。這一切都非常令人興奮!”