
陆生动物表现出连续的肢体姿势——从“伸展”到“直立”或“直立”,从“四肢伸展”到身体侧面,如蜥蜴,再到四肢放在身体下方并靠近动物中线,如狗、猫和马。直立姿势是大多数现代哺乳动物的特征,但这一关键特征是什么时候进化的?图片来源:uux.cn彼得·毕晓普
(神秘的地球uux.cn)据哈佛大学:哺乳动物,包括人类,以其独特的直立姿势脱颖而出,这是推动其惊人进化成功的关键特征。然而,现代哺乳动物已知的最早祖先更像爬行动物,四肢以伸开的姿势伸出身体两侧。
从蜥蜴的伸展姿势转变为现代哺乳动物的直立姿势,如人类、狗和马,标志着进化的关键时刻。
它涉及联会动物(包括哺乳动物及其非哺乳动物祖先)肢体解剖和功能的重大重组,最终导致了我们今天所知道的兽类哺乳动物(有袋动物和胎盘动物)。尽管经过了一个多世纪的研究,但这一进化飞跃背后的确切“如何”、“为什么”和“何时”仍然难以捉摸。
现在,在《科学进展》发表的一项研究中,哈佛大学的研究人员为这个谜团提供了新的见解,揭示了哺乳动物从伸开四肢到直立姿势的转变绝非易事。
研究人员使用将化石数据与先进的生物力学建模相结合的尖端方法发现,这种转变出乎意料地复杂和非线性,而且发生的时间比以前认为的要晚得多。
主要作者Peter Bishop博士是哈佛大学生物与进化生物学系的博士后研究员,也是资深作者Stephanie Pierce教授,他首先研究了五种现代物种的生物力学,这些物种代表了四肢姿势的全谱,包括替古蜥蜴(伸开四肢)、短吻鳄(半直立)和灰狗(直立)。

这项研究中调查的物种之一,来自2.9亿年前的早期帆背动物Dimetrodon化石。图片来源:uux.cn/Christina Byrd。哈佛大学比较动物学博物馆院长兼研究员。
毕晓普说:“通过首先研究这些现代物种,我们大大提高了对动物解剖结构与其站立和移动方式之间关系的理解。”。“然后,我们可以把它放在一个进化的背景下,研究姿势和步态是如何从早期的联会动物到现代哺乳动物发生变化的。”
研究人员将他们的分析扩展到来自四大洲的八种典型化石物种,这些物种跨越了3亿年的进化历程。这些物种的范围从35克的原始哺乳动物Megazostrodon到88公斤的Ophiacodon,包括帆背Dimetrodon和剑齿食肉动物Lycaenops等标志性动物。
毕晓普和皮尔斯利用物理学和工程学原理,建立了肌肉和骨骼相互连接的数字生物力学模型。这些模型使他们能够生成模拟,以确定后肢(后腿)可以在地面上施加多大的力。
毕晓普说:“肢体对地面施加的力是动物运动表现的关键决定因素。”。“如果你在需要的时候不能在给定的方向上产生足够的力量,你就无法跑得那么快,转弯得那么快。更糟糕的是,你很可能会摔倒。”

2 . 42亿年前,类似哺乳动物的犬齿动物Massetognathus的化石,是这项研究中研究的物种之一。来源:uux.cn照片由彼得·毕晓普拍摄。比较动物学博物馆,©哈佛学院院长和研究员。
计算机模拟产生了一个三维的“可行力空间”,可以捕捉肢体的整体功能表现。皮尔斯说:“计算可行的力空间隐含地考虑了整个肢体肌肉、关节和骨骼之间可能发生的所有相互作用。”。
“这让我们对更大的图景有了更清晰的认识,对肢体功能和运动以及它如何在数亿年的时间里进化有了更全面的了解。”
虽然可行力空间的概念(由生物医学工程师开发)自20世纪90年代以来就已经存在,但这项研究是第一个将其应用于化石记录以了解灭绝动物曾经是如何移动的。
作者将模拟打包成新的“化石友好”计算工具,可以帮助其他古生物学家探索自己的问题。这些工具还可以帮助工程师设计出更好的仿生机器人,可以在复杂或不稳定的地形上导航。
这项研究揭示了几个重要的运动“信号”,包括现代物种在日常行为中使用的姿势周围的整体力量生成能力最大。重要的是,这意味着Bishop和Pierce可以确信,对已灭绝物种的研究结果真实地反映了它们活着时的站立和移动方式。
哺乳动物是如何大步前进的
2.42亿年前的类哺乳动物犬齿象Massetognatus化石,是该研究中调查的物种之一。图片来源:彼得·毕晓普。哈佛大学比较动物学博物馆院长兼研究员。
在分析了已灭绝的物种后,研究人员发现,运动性能在数百万年内达到峰值和下降,而不是以简单的线性方式从伸展到直立。
一些已灭绝的物种似乎也更灵活,能够在更伸展或更直立的姿势之间来回移动,就像现代的短吻鳄和鳄鱼一样。而另一些物种在哺乳动物进化之前就表现出了向更伸展姿势的强烈逆转。
与该研究的其他结果相结合,这表明与当今哺乳动物直立姿势相关的特征进化得比以前想象的要晚得多,很可能接近兽的共同祖先。
这些发现也有助于调和化石记录中几个未解决的问题。例如,它解释了许多哺乳动物祖先手、脚和四肢关节不对称的持续存在,这些特征通常与现代动物的伸展姿势有关。
这也有助于解释为什么早期哺乳动物祖先的化石经常以压扁、展开的鹰姿势被发现——这种姿势更有可能用伸展的四肢来实现,而现代的胎盘和有袋动物化石通常是侧卧的。
毕晓普说:“作为一名科学家,当一组结果可以帮助阐明其他观察结果,使我们更接近更全面的理解时,这是非常令人欣慰的。”。

研究了现代(黑色剪影)和灭绝(灰色剪影)物种的进化相互关系。这项研究揭示了突触类动物姿势进化的复杂历史,现代胎盘类和有袋类动物典型的完全“直立”姿势进化较晚。图片来源:uux.cn彼得·毕晓普
皮尔斯的实验室研究了哺乳动物身体计划的进化近十年,他指出,这些发现与突触体其他部位(如脊柱)的模式是一致的。
她说:“现在的情况是,典型的therian特征的全部互补是在一个复杂而漫长的时期内组装起来的,而完整的一套特征是在突触史上相对较晚的时候形成的。”。
除了哺乳动物,该研究表明,一些主要的进化转变,如向直立姿势的转变,往往是复杂的,并可能受到偶然事件的影响。例如,突触姿势的强烈逆转,回到更伸展的姿势,似乎与二叠纪-三叠纪的大灭绝相吻合,当时90%的生命被消灭了。
这一灭绝事件导致恐龙等其他群体成为陆地上的主导动物群体,将突触类动物推回阴影中。研究人员推测,由于这种“生态边缘化”,突触类动物的进化轨迹可能发生了很大变化,从而改变了它们的运动方式。
无论这一假设是否得到支持,理解哺乳动物姿势的进化一直是一个复杂的难题。皮尔斯强调,计算能力和数字建模的进步为科学家们解决这些古老的谜团提供了新的视角。
她说:“将这些新技术与古代化石结合使用,可以让我们更好地了解这些动物是如何进化的,而不仅仅是这个简单的线性进化故事。”。“这真的很复杂,这些动物可能以我们以前没有意识到的方式在它们的环境中生活和移动。发生了很多事情,今天的哺乳动物真的很特别。”
白鼬,又称扫雪鼬、短尾黄鼠狼、短尾鼬,是食肉目鼬科鼬属的哺乳动物
白鼬,又称扫雪鼬、短尾黄鼠狼、短尾鼬,是食肉目鼬科鼬属的哺乳动物 白鼬,又称扫雪鼬、短尾黄鼠狼、短尾鼬,是食肉目鼬科鼬属的哺乳动物。体形似黄鼬,身体细长,四肢短小。白鼬毛色随季节变化而改变,夏季身体背面和腹面颜色不同,背面为棕灰色,腹面为白色,冬季全身为纯白色,只有尾端为黑色。每年春季和秋季,白鼬要换两次毛,春季,先从头部开始换毛;而秋季的次序恰好相反,头部的血毛最后才长出来。白鼬栖息于亚洲北部开始向南直至喜马拉雅山区,多生活在森林、草原和河、湖岸边的灌木丛中。白鼬常利用鼠类的洞穴为巢,巢中常垫有干草、兽毛和鸟类的羽毛。白鼬大多数夜间活动,善于游泳,在兴奋时能发出吱吱的叫声。白鼬以小型啮齿类为食,如棕背䶄、林姬鼠、鼠兔、花鼠、仓鼠等;也吃些两栖类、鱼、鸟卵和昆虫;食物缺乏的时候,也吃其它食肉兽剩下的动物尸体。白鼬发情期约在5~6月,怀孕期为9~10个月;受精卵有滞育期,在来年4~5月间产崽,每产8~12崽,哺乳期约30~40天,幼兽由雌雄兽共同抚育。白鼬的寿命5~8年。白鼬的食物以对人类有害的啮齿动物为主,主要有棕背鼠平、红背鼠平、田鼠,对人类十分有益。白鼬已被列入中国《国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物名录》。
关于兔子,你真的了解吗?
兔年免不了要说兔,别以为兔子很常见你就觉得很了解它。看《木兰诗》,有一句关于兔子的描述:“雄兔足扑朔,雌兔眼迷离,双兔傍地走,安能辨我是雌雄?”你是不是也未必懂如何区分一只宠物兔的雌雄呢? 你可能也不知道,英语中为何要将家兔和野兔的称呼分成了两个——家兔是Rabbit,野兔则是Hare? 关于兔子的小秘密还真不少。 ○兔子到底爱不爱吃胡萝卜? 在各种儿童绘本里,人们总喜欢把兔子和胡萝卜联系在一起。你可有想过,兔子真的喜欢吃胡萝卜吗? 谈这个问题之前,最好先了解一下兔子的分类。 我们平时所理解的“兔”,应该是哺乳类兔形目兔科下属所有属的总称,共9属42种,俗称兔子。它们为草食类动物,也是夜行性动物,大都有管状长耳、簇状短尾,和两条比前肢长得多的强健后腿。究其源头,应该早在六千万年前就有一种被称为攀援始祖兽的生物,后进化为始祖兔;到大概三千万年以前,始祖兔进化为野兔,而野生的兔子直到三千年以前,才逐渐被驯化为家兔。 野兔至今在全球仍有几十个亚种。它们可以适应多样环境,属于典型的草食性兽类。它们的食性很广,包括各种无毒的杂草、植物的种子和果实,以及树木的枝叶和嫩皮。野兔最爱的还是苜蓿科和豆科植物的幼苗和嫩叶。有趣的是,这个食谱中并不包括胡萝卜。当然,这也可能是因为胡萝卜是人类种植的作物,野兔在野外能采食到的机会并不多。 家兔虽然是驯化种,绝大多数习性却和野兔无异。但家兔在进化过程中,消化道以及消化菌群已完全适应消化各种杂草,胡萝卜糖分较高,其实也并不适合家兔的消化系统。 ○兔子为什么有“三瓣嘴”“红眼睛”“顺风耳”? 兔子的“三瓣嘴”和它的“饮食习惯”息息相关,也是长期适应性进化的产物。 因为兔子属于典型的植食性动物,它们拥有发达的门齿,帮助其啃食各种草类、草根以及树皮。这个过程中,三瓣嘴最有利于将它们将门齿及时、无障碍地翻出来使用。 而兔子的“红眼睛”并不是普遍性的。现实中通常只有白色兔子的眼睛是红色的,而且也不是所有白兔子的眼睛都是红的。兔子眼睛的颜色有黑色、蓝色、灰色、红色等多种。这些颜色的呈现主要是由兔子身体里所含色素决定的。红色眼睛的兔子,只是它们身体缺乏某些色素,透明的眼球便呈现出自身毛细血管中血液的颜色。从进化论角度上来说,兔子眼睛的颜色其实是根据它们所生活的环境变化而适应性生成的,并且具有遗传性。 兔子的“顺风耳”其实是说它们对声音非常敏感,这对耳朵就像它们自带的“雷达”,耳内的密毛恰如天线一般。只要把两只耳朵高高竖起并稍作转动,数十米外的微小声音都会被兔子灵敏地收入耳中,这样它们就能及时发现危险并逃跑。兔子生性谨慎、胆小,只有在休息时,它们才会把耳朵耷拉下来紧贴在颈背上。有人说抓兔子就要抓耳朵,其实兔子耳朵很容易受伤,它们并不喜欢被抓耳朵,因此我们抓住它们的耳朵时,它们通常都会停止挣扎,也许是希望自己的“雷达”不要被破坏了吧。 ○为什么有“狡兔三窟”的说法? 野兔喜欢打洞,但它们并不喜欢长时间地待在洞中。不过它们的确有借洞逃生的本领。在被天敌追杀过程中,野兔的奔跑通常不是盲目的,它们在平常活动的地域内早早就摸清了地形,知道每一处洞穴的分布,就算不是自己挖的,它们也都提前去“调查”“熟悉”过,甚至会时不时再去“熟悉”一下。因此,当被敌害追击时,野兔通常都能迅速准确地逃入附近的地洞中。这足见野兔生性狡诈、行动诡秘。 “狡兔三窟”的成语最早出自于《战国策·齐策四》,现在多用来比喻隐蔽的地方或方法多。据考究,中国在汉代以前,域内的兔子基本都是野兔。中国传统文化中的“六畜”之外还有“六兽”,兔子就是“六兽”之一,是人们捕猎的主要对象之一。《诗经》里至少有三首诗与野兔有关,那篇《瓠叶》中说:“幡幡瓠叶,采之亨之。君子有酒,酌言尝之。有兔斯首,炮之燔之……”描述的就是猎人打到野兔拿来下酒的欢乐景象。 但现在大家普遍认为,家兔的祖先却不是普通的野兔,而是野生的穴兔。穴兔属兔科穴兔属,原产于欧洲西南部。人们认为,它们是经由“丝绸之路”来到中国的。我国原本的野生兔类在家养条件下难以繁殖,幼兔易患佝偻病,长大后也没法繁殖,然而穴兔类在家养条件下却不难繁殖,因此现在人类养殖的兔子大部分都是由野生穴兔经长期驯化而来。甚至可以说,全球的家兔均由穴兔驯化而来。 穴兔与普通的野兔并不一样。英语中称呼家兔和野兔也有不同,家兔是Rabbit,野兔则是Hare。而它们最大的区别还是,穴兔刚生下来的幼仔身上是光滑无毛的,因为它们多喜欢待在洞里,野兔刚出生的幼仔却是有毛的,它们多在地表活动,生下来不久就要到处跑。 穴兔也是非常出色的建筑师,挖的洞深可达3米,长能达40多米,洞道直径约15厘米。其“卧室”可能会有30厘米到60厘米的高度,洞口还会做出“大门”——留一个微微隆起的土堆。而那些没有土堆的洞口,主要是用来临时逃避天敌用的。据说有一种穴兔一旦确定了住所,就会为自己至少准备五个洞穴。 ○兔子也会灭绝吗? 作为吃货的你,可能知道兔肉富含卵磷脂,有健脑益智的功效,经常食用可保护血管壁,阻止血栓形成,对高血压、冠心病、糖尿病患者有益处,能增强体质,健美肌肉。实际上,兔子因为繁殖能力强,现在不仅是人们餐桌上的一道美食,也是很多实验室中常用的小动物。但兔类一样有许多濒危品种。报道称,全球现生种中,兔子的极危品种有1个,濒危品种有13个,易危品种2个,近危的也有6个,还有19个种处于缺少数据的状态。 一种濒危种的琉球兔属,已是亚洲大陆的孑遗物种,属“活化石”了。它是一种只分布在日本的奄美大岛及德之岛的原始兔,栖息在茂密森林,昼伏夜出。 墨西哥特有物种火山兔,是世界第二体型细小的兔,仅次于侏兔。它在世界自然保护联盟红色名录中也被列为“濒危”。 此外还有原产于东南亚的条纹兔属,现存两种,在中国境内已仅有化石分布。 兔类的衰落多是因失去栖息地及猎杀所致。它们的栖息地正在持续地受到山火、过度放牧、城市和农业发展及伐林等破坏。故此,兔形目动物保护的问题越来越受重视。 【链接】如何挑选宠物兔? 首先是看体格。选体型健壮、活泼好动的为佳。体格发育良好的幼兔身体匀称,肌肉结实,其肩部、背部及后躯看不出任何骨突出,触摸胸部、背部感觉较宽,要注意,肌肉丰满、被毛光滑、骨骼棱角不突出的幼兔通常都是因为从小喂食营养好,更容易养活。其次是看姿势。健康的幼兔活动起来更为灵活、自然、协调。蹲伏时,前肢伸直,后肢置于体下,睡眠时,双眼闭合,呼吸微弱,夏天常倒卧、伏卧、伸长四肢,冬天则常蹲伏。然后再看看精神如何,健康的幼兔眼睛圆而明亮,活泼有神,眼角无分泌物、红肿;机警,耳朵易活动,遇到特殊声音时,两耳竖立。最后最好留意一下兔子粪便。健康的幼兔粪便为球形颗粒,豌豆大小。若粪粒干硬、细小,说明可能便秘;粪便呈长条形或稀薄水样,说明幼兔可能患有肠炎。 至于怎样区分雌雄兔,专家会告诉你,科学的方式当然是查看兔子的“私处”,即生殖器。这对于3-4个月以上的兔子很容易,因为这个时期的雄兔生殖器基本发育完全,可以清晰地在体外看到睾丸。但是不足三个月的兔子,这些体征并不明显,只能说,一般雌兔的阴部孔洞呈扁纵形,离肛门较近;而雄兔的阴部孔洞呈圆形,离肛门较远。 鼠兔、兔狲、蹄兔、兔豚鼠都是兔子吗? 别以为兔子容易识别,真正要鉴别出具体的种还是有难度的。更别说,还有不少长得像兔的动物,比如鼠兔、兔狲、蹄兔、兔豚鼠等,它们甚至名字里还带着一个“兔”字,更让人难以分辨。 鼠兔虽属兔目类,却不完全属于兔科,而是鼠兔科鼠兔属,主要分布于青藏高原附近和亚洲中部的高原或山地,目前所知,包括33个种类。其特点大多是体型小、耳短、眼黑、体毛呈茶褐色。因为喜欢在山体的天然石隙中筑巢,鼠兔又有“石兔”之名。从面相上看,鼠兔像是鼠类,但生理特性和食性又和兔子更接近,因此通常被认为是一种介于兔与鼠之间的神奇动物——具体来说,与鼠类不同,鼠兔上颌只有一对门齿,这一点与兔类又不同,因为兔类上颌的门齿两侧通常还有另一对较小的门齿。 兔狲则是猫科、兔狲属的动物,体型粗短,大小似家猫,叫声也似家猫,但较粗野。兔狲的额部较宽,吻部很短,瞳孔为淡绿色,耳短宽,耳尖圆钝,两耳距离较远,全身被毛极密而软,绒毛丰厚。它们多栖息于沙漠、荒漠、草原或戈壁地区,主要分布于亚洲中部地带向东至西伯利亚,能适应寒冷、贫瘠的环境,常单独栖居于岩石缝里或利用旱獭的洞穴。它们也属夜行性动物,视觉和听觉发达,主要以鼠类为食,也吃野兔、鼠兔、沙鸡等。 蹄兔是一类有蹄类哺乳动物,是蹄兔属下唯一的一个种,它们身被针毛,毛粗硬而蓬松,外貌似穴兔,但前足有4趾,后足有3趾,都是似蹄状的趾甲,因而得名。它们的现生类型个体小,形似兔、鼠或狸,脚掌有具特殊附着力的无毛足垫,有攀登能力,主要分布于北非撒哈拉以南的地区及中东和阿拉伯半岛等地。蹄兔喜群居,喜爱鸣叫,因此又名啼兔。它们属植食性动物,偶尔也会吃昆虫。 谁能想到,蹄兔这种小动物竟然与大象是同一个祖先。目前世界上的蹄兔共计有3属10种,体型方面差别不大,成年之后的体长大约为50厘米。它们都不会挖掘洞穴,只能居住在岩石缝或者是灌木丛里。 兔豚鼠顾名思义就更像鼠类,但与那种常被当作宠物养、被称为“荷兰猪”的小豚鼠不同,兔豚鼠通常是指巴塔哥尼亚豚鼠。它是大型啮齿动物,外形像豚鼠又像兔子,还有点像驴。它的四肢非常长,擅长快速奔跑,主要分布在阿根廷境内的中、南部,被誉为阿根廷最奇怪的动物之一,最特别之处是它们后脚趾上长有钩形爪。 来源: 羊城晚报