“极其罕见的事件”：骨骼分析表明古代针鼹生活在水中

30年前在澳大利亚东南部的恐龙湾发现的一块小骨头可能会改变我们对针鼹和鸭嘴兽进化的认识。

到目前为止，人们对这些产卵单孔目动物（可以说是地球上最不寻常的哺乳动物）的普遍理解是，它们都是陆地祖先的后代。当鸭嘴兽的祖先变成半水生动物时，针鼹留在了陆地上，至少故事是这样的。

但是，在新南威尔士大学领导的对骨骼的分析之后——这是由维多利亚博物馆的一个团队发现的——它现在看起来像针鼹和鸭嘴兽是从一个水栖祖先进化而来的。

主要作者兼古生物学家、新南威尔士大学生物、地球与环境科学学院（BEES学院）的名誉教授Suzanne Hand表示，大约有30种哺乳动物从陆地栖息地进化到完全或部分生活在水中，例如鲸鱼、海豚、儒艮、海豹、海象、水獭和海狸。但看到哺乳动物朝着相反的方向进化几乎闻所未闻。

“我们谈论的是一种半水生哺乳动物，它为了陆地生存而放弃了水，虽然这是一种极其罕见的事件，但我们认为针鼹就是这样，”她说。

在《美国国家科学院院刊》发表的一项研究中，研究人员描述了20世纪90年代初在维多利亚州发现的一块肱骨是如何挑战陆地祖先理论的。肱骨是肩部和肘部之间的上臂骨，是已知的唯一属于已灭绝物种Kryoryctes cadburyi的骨，该物种于2005年命名。

从外表上看，单肱骨看起来更像针鼹而不是鸭嘴兽，这使一些科学家得出结论，它可能是现代针鼹的祖先。

但其他科学家认为，它是鸭嘴兽和针鼹的早期共同祖先，被称为干单孔类动物。Kryoryctes是像现代针鼹一样只在陆地上生活，还是像活着的鸭嘴兽一样是两栖动物，一直存在争议。

为了回答这些问题，Hand教授及其同事决定使用CT和其他扫描技术仔细研究化石，包括骨骼的内部微观结构。

“虽然骨骼的外部结构可以让你直接将其与类似的动物进行比较，以帮助找出动物的关系，但内部结构往往能揭示其生活方式和生态的线索，”她说。

“因此，内部结构不一定能告诉你这种动物到底是什么，但它可以告诉你它的环境以及它是如何生活的。”

当Kryoryctes cadburyi在大约1.08亿年前生活在维多利亚州南部时，在恐龙时代（或中生代），单孔目动物和单孔目亲属主导了澳大利亚的哺乳动物区系。

合著者、新南威尔士大学BEES学院的Michael Archer教授说：“澳大利亚中生代哺乳动物很罕见，人们大多只从它们的牙齿和下巴中知道。迄今为止，Kryoryctes cadburyi是唯一一种从四肢骨中知道的哺乳动物。”。

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“这个肱骨为深入了解早期澳大利亚哺乳动物的生活方式提供了一个特殊的机会，它告诉了一个相当大的故事——也许不是我们期望发现的故事。”

当研究人员观察古肱骨的内部结构时，他们惊讶地发现它与紫锥虫的轻质骨骼不匹配。Hand教授说：“内部结构显示鸭嘴兽的骨壁非常厚，骨髓腔内的空腔非常小，而针鼹的骨壁很薄。”。

“化石Kryoryctes肱骨的微观结构更像鸭嘴兽的内部骨骼结构，在鸭嘴兽中，它们的重骨起着压载物的作用，使它们能够很容易地潜水觅食。你在其他半水生哺乳动物中也能看到这一点。”

研究人员得出结论，这一分析为干单孔目动物最初是半水生动物的观点增添了更多的分量。他们认为，在这条线上的某个地方，针鼹的祖先搬到了这片土地上，随着他们适应了新的生活方式，他们的骨头变得更轻。但不幸的是，鸭嘴兽和针鼹祖先的化石记录很少，目前还不可能确切地说这是什么时候发生的。Archer教授说：“这是我们加大力度帮助调查新南威尔士州闪电岭中生代蛋白石化石的原因之一，这些化石与维多利亚时代的化石矿床年龄大致相同。”。

“我们希望我们能发现其他祖先的单孔目动物，这将有助于解开这一最迷人的哺乳动物群体的早期历史。”

现代针鼹还有其他奇怪之处，这可能是它们半水生、古老过去的进一步线索。Hand教授说：“众所周知，鸭嘴兽的喙有很多高度敏感的受体，可以检测猎物产生的微小电流。”。

“虽然针鼹的喙上的受体较少，但人们认为这些受体是鸭嘴兽遗传的遗留物，在针鼹胚胎的喙中也可以找到鸭嘴兽喙的残余物。”

汉德教授说，另一个可能从水生祖先那里继承的特征是针鼹后脚向后转动，就像鸭嘴兽的后脚一样，在游泳时用作舵。

“但在针鼹中，这一特征是在挖洞时使用的，这在鸭嘴兽以外的其他哺乳动物中是看不到的。”

还发现针鼹在浸入水中时会产生潜水反射，这有助于保存氧气和延长屏气时间，一项对哺乳动物中一种名为肌红蛋白的呼吸蛋白的研究也表明针鼹有半水生血统。

“肌红蛋白表面的正电荷与体内肌肉储存氧气的能力增加有关，并增加了哺乳动物潜水的时间。鸭嘴兽的这种情况很高，但针鼹的这种情况也比预期的要高，即使是穴居动物。”

研究人员的下一步是使用其他方法进一步检查Kryoryctes肱骨的微观解剖结构，即组织学。

“我们知道骨骼组织学可以很好地说明动物的生活方式。这种研究通常需要对骨骼进行破坏性切片，而像Kryoryctes这样的独特化石是不可能的。相反，我们正在应用强大的扫描技术，包括化石的非破坏性同步加速器成像，以收集更多信息来帮助解开这个古老的谜团，”Hand教授说。

这项研究是与澳大利亚国立大学和其他当地机构以及加拿大、哥伦比亚、法国和英国的国际组织合作进行的