'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——公认的理解是它们都起源于陆生祖先。按照传统说法，鸭嘴兽祖先变成了半水生动物，而针鼹则留在了陆地上。

但在新南威尔士大学（UNSW）主导对这块骨骼进行分析后（该骨骼由维多利亚博物馆团队发现），现在看来针鼹和鸭嘴兽是从水生祖先进化而来的。

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）荣誉退休教授Suzanne Hand表示，哺乳动物从陆生转变为完全或部分水生生活的案例约有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。

"我们谈论的是一种放弃了水生生活的半水生哺乳动物转而适应陆地生存，尽管这将是极其罕见的事件，但我们认为这正是针鼹所经历的进化过程，"她说。

肱骨的趣事

在今日发表于科学期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究中，研究人员描述了1990年代初在维多利亚州发现的一块肱骨如何挑战了陆生祖先理论。这块肱骨——即肩肘之间的上臂骨——是目前已知唯一属于已灭绝物种卡氏隐穴兽(Kryoryctes cadburyi)的骨骼，该物种于2005年命名。

从外观上看，这块孤立的肱骨更类似于针鼹而非鸭嘴兽，导致一些科学家推测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，称为干群单孔类。关于隐穴兽是像现代针鼹那样完全陆地生活，还是像现存鸭嘴兽那样水陆两栖，一直存在争议。

为了解答这些问题，Hand教授及其同事决定使用CT和其他扫描技术对化石进行更细致的研究，包括骨骼内部微观结构。

"虽然骨骼的外部结构可直接与相似动物比较以帮助确定其亲缘关系，但内部结构往往能揭示其生活方式和生态学的线索，"她说。

"因此内部结构不一定能告诉你该动物的实际分类地位，但能揭示其生存环境与生活习性。"

当卡氏隐穴兽在大约1.08亿年前（恐龙时代或称中生代）生活在维多利亚州南部时，单孔类及其近亲在澳大利亚哺乳动物群中占据主导地位。

"澳大利亚中生代哺乳动物化石稀少，且大多仅通过牙齿和颌骨识别。卡氏隐穴兽是迄今唯一通过肢骨发现的物种，"同样来自新南威尔士大学BEES学院的合著者Michael Archer教授说。

"这块肱骨为深入了解早期澳大利亚哺乳动物的生存方式提供了难得契机，它讲述的故事或许超出我们预期。"

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

"内部结构显示鸭嘴兽具有极厚的骨壁和极度缩小的骨髓腔，而针鼹的骨壁非常薄，"Hand教授解释道。

"化石隐穴兽肱骨的微观结构更接近鸭嘴兽的内部骨结构——其厚重的骨骼如同压舱物，使它们能轻松下潜觅食。这种现象也存在于其他半水生哺乳动物中。"

研究人员得出结论：此分析结果有力支持了"干群单孔类起源于半水生动物"的理论。他们认为在进化过程中，针鼹祖先移居陆地，为适应新生活方式骨骼逐渐变轻。但遗憾的是，鸭嘴兽和针鼹祖先的化石记录稀少，目前尚无法确定这一转变发生的具体时间。

"这正是我们加大力度研究新南威尔士州闪电岭中生代蛋白石化石的原因之一，这些化石年代与维多利亚化石沉积层相当，"Archer教授表示。

"我们期待发现更多原始单孔类化石，帮助解开这类迷人哺乳动物群体的早期进化史。"

细思之下...

现代针鼹的其他奇特特征也可能是其半水生古老渊源的线索。

"众所周知鸭嘴兽的喙部密布高敏感受器，可探测猎物产生的微弱电流，"Hand教授指出。

"尽管针鼹喙部的受体较少，但学界认为这些受体是其鸭嘴兽血统的遗留特征，在针鼹胚胎的喙部也能发现鸭嘴兽喙的残余结构。"

Hand教授提到另一个可能源自水生祖先的特征：针鼹的后足像鸭嘴兽游泳时作舵用的后足一样向后翻转。

"但在针鼹身上，这一特征用于掘穴，除鸭嘴兽外在其他哺乳动物中未见此现象。"

研究还发现针鼹具有潜水反射——浸入水中时会触发氧气节约机制延长闭气时间。对一种名为肌红蛋白的呼吸蛋白研究也暗示针鼹具有半水生的祖先。

"肌红蛋白表面带正电荷的特性与哺乳动物肌肉储氧能力增强及延长潜水时间相关。鸭嘴兽此项指标很高，但针鼹作为穴居动物，其数值也超出预期。"

盖棺定论？

研究人员的下一步计划是采用其他方法进一步检测隐穴兽肱骨的显微解剖结构（即组织学）。

"我们知道骨骼组织学能揭示动物的生存方式。这类研究通常需要对骨骼进行破坏性切片，这对于隐穴兽这类独特化石并不可行。为此我们正在应用强大的扫描技术，包括对化石进行非破坏性同步辐射成像，以收集更多信息来破解这个远古谜题，"Hand教授总结道。