'Extremely rare event': bone analysis suggests ancient echidnas lived in water

迄今为止，关于这些产卵的单孔类动物——可以说是地球上最不寻常的哺乳动物——公认的观点是，它们都起源于一种陆栖祖先。按照传统的说法，鸭嘴兽的祖先变成了半水栖动物，而针鼹则留在了陆地上。

但在新南威尔士大学（UNSW）领导的对这块骨头的分析之后——该骨头由维多利亚博物馆的一个团队发现——现在看来，针鼹和鸭嘴兽是从一种水生祖先进化而来的。

论文主要作者、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）荣誉教授苏珊娜·汉德（Suzanne Hand）表示，哺乳动物从陆生转变为完全或部分水生的情况大约有30例，例如鲸鱼、海豚、儒艮、海豹、海象、水獭和海狸。但哺乳动物向相反方向进化的情况几乎闻所未闻。

她说：“我们谈论的是一种半水栖哺乳动物放弃了水生环境转向陆地生活，尽管这将是极其罕见的事件，但我们认为这就是针鼹发生的情况。”

这根肱骨确实奇特

在今日发表于科学期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）的一项研究中，研究人员描述了二十世纪九十年代初在维多利亚州发现的一根单一的肱骨如何挑战了陆生祖先理论。这块肱骨——即肩部和肘部之间的上臂骨——是所知唯一属于已灭绝物种Kryoryctes cadburyi（2005年命名）的骨头。

从外观上看，这根单独的肱骨看起来更像针鼹的肱骨，而非鸭嘴兽的肱骨，这使一些科学家推断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，被称为原始单孔类动物（stem-monotreme）。关于Kryoryctes是像现代针鼹一样完全陆栖生活，还是像现生鸭嘴兽一样两栖生活，一直存在争议。

为了回答这些问题，汉德教授和同事们决定更仔细地研究这块化石，包括使用CT和其他扫描技术观察骨骼的内部微观结构。

她说：“虽然骨骼的外部结构可以让你直接与相似的动物进行比较，有助于确定该动物的亲缘关系，但其内部结构往往能揭示其生活方式和生态的线索。”

“因此，内部结构不一定能提供关于该动物实际种类的信息，但它可以揭示其生活环境及生活方式。”

当Kryoryctes cadburyi在大约1.08亿年前恐龙时代（或中生代）生活在维多利亚州南部时，单孔类动物及其近亲主导着澳大利亚的哺乳动物群。

“澳大利亚的中生代哺乳动物化石稀少，且大多仅通过牙齿和颌骨为人所知。Kryoryctes cadburyi是迄今为止唯一通过肢骨被知晓的物种，”同样来自新南威尔士大学BEES学院的合著者迈克尔·阿彻（Michael Archer）教授说。

“这块肱骨提供了一个绝佳的机会，让我们得以深入了解早期澳大利亚哺乳动物的生活方式，它讲述了一个相当精彩的故事——也许并非我们预期会发现的故事。”

当研究人员观察这块古老肱骨的内部结构时，他们惊讶地发现它与针鼹的轻质骨骼并不匹配。

汉德教授说：“内部结构显示，鸭嘴兽具有非常厚的骨壁和极度缩小的骨髓腔，而针鼹的骨壁则非常薄。”

“化石Kryoryctes肱骨的微观结构更类似于鸭嘴兽的内部骨骼结构，它们厚重的骨骼像压舱物一样，使其能够轻松下潜觅食。你在其他半水栖哺乳动物中也能看到这种现象。”

研究人员得出结论，这项分析极大地支持了原始单孔类动物起源于半水生动物的观点。他们认为，在演化过程中的某个阶段，针鼹的祖先迁移到陆地，在为适应新生活方式的过程中，它们的骨骼变得更轻。但遗憾的是，鸭嘴兽和针鼹祖先的化石记录稀少，目前尚无法确切说明这一转变发生的时间。

阿彻教授说：“这正是我们加大努力帮助研究新南威尔士州闪电岭（Lightning Ridge）的中生代蛋白石化石的原因之一，这些化石的年代与维多利亚州的化石沉积物大致相同。”

“我们希望会发现其他的祖先单孔类动物，这将有助于解开这群最迷人哺乳动物的早期历史。”

仔细想想…

现代针鼹的其他奇特之处也可能是其半水栖古老过往的进一步线索。

汉德教授说：“众所周知，鸭嘴兽的喙部拥有大量高度敏感的感受器，能够探测猎物产生的微弱电流。”

“虽然针鼹喙部的感受器较少，但有人认为这些感受器是其鸭嘴兽祖先遗留的特征，如同在针鼹胚胎的喙部也能发现鸭嘴兽喙部残留结构一样。”

汉德教授说，另一个可能遗传自水生祖先的特征是针鼹的后足向后翻转，这非常像鸭嘴兽在水中用作舵的后足。

“但在针鼹身上，这一特征用于掘洞，这是除鸭嘴兽外其他哺乳动物所没有的。”

研究还发现，针鼹浸入水中时会触发潜水反射，有助于保存氧气并延长屏气时间；对一种名为肌红蛋白（myoglobin）的呼吸蛋白在哺乳动物中的研究也表明针鼹具有半水栖的祖先。

“肌红蛋白表面的正电荷与身体肌肉储存氧气能力的提升相关，并能增加哺乳动物潜水的时间。这在鸭嘴兽体内含量很高，但在针鼹体内也高于预期，即使它们是穴居动物。”

结案了？

研究人员的下一步是使用其他方法进一步检查Kryoryctes肱骨的显微解剖结构（即组织学）。

汉德教授说：“我们知道骨骼组织学能揭示很多关于动物生活方式的信息。这类研究通常需要对骨骼进行破坏性切片，这对于Kryoryctes这样独一无二的化石是不可能的。因此，我们将应用强大的扫描技术，包括对化石进行非破坏性的同步辐射成像，以收集更多信息帮助解开这个古老的谜团。”