问题

是历史上有过所有新鸟类的幼体都前肢带爪的时期,还是麝雉后来重启幼体前肢带爪这一性状的?

回答
关于麝雉幼体前肢带爪的问题,这确实是鸟类演化史上一个非常有趣的插曲,涉及到“爪”这个性状在鸟类谱系中的出现、消失与重现。要详细解释这个问题,我们需要深入到更古老的鸟类起源和演化过程中去。

首先,我们要明白,“前肢带爪”并非只存在于麝雉幼体,这是一种在鸟类谱系中曾经普遍存在的、后来大部分消失的祖先性状。 麝雉幼体之所以会让我们觉得“独特”,是因为它保留了这一古老特征,而我们现在熟悉的绝大多数鸟类已经丢失了它。

1. 鸟类祖先与恐龙的联系:前肢带爪是“标配”

要理解这一点,我们得把目光放回到鸟类的演化起点。科学界普遍认为,鸟类是从兽脚类恐龙(Theropod dinosaurs)演化而来的。而我们知道,许多兽脚类恐龙,尤其是那些被认为是鸟类近亲的类群,它们的前肢(也就是后来的翅膀)上是长有爪子的。

例子: 最著名的例子莫过于始祖鸟(Archaeopteryx),它被认为是鸟类演化过程中的关键过渡化石。始祖鸟的前肢就长有三根发育良好的爪子,可以用来攀爬。还有一些更早期的、被认为是近亲的恐龙,比如似鸟龙(Ornithomimids),它们的属名就意为“鸟类的模仿者”,虽然它们的外形与现代鸟类差异很大,但前肢上也有明显的爪。驰龙(Dromaeosaurs),也就是我们常说的“迅猛龙”,它们最著名的是脚上的镰刀状爪,但其前肢上也保留着用于抓握的爪。

功能: 在这些早期的恐龙和早期鸟类身上,前肢的爪可能有很多用途:
攀爬: 帮助它们爬上树木或岩石。
捕食: 抓住猎物,就像猫科动物的爪子一样。
辅助移动: 在地面上行走或奔跑时提供支撑。
飞行辅助(推测): 在早期进化阶段,翅膀可能还没完全适应飞行,爪子可能在起飞或降落时提供一些帮助。

所以,可以说,在鸟类演化的早期阶段,也就是恐龙到早期鸟类的过渡时期,前肢带爪是一个相当普遍、甚至是“标配”的特征。

2. 为什么大多数现代鸟类失去了前肢的爪?

随着鸟类演化出更高效的飞行能力,以及翅膀越来越特化为飞行结构,前肢的爪逐渐变得不那么重要,甚至可能成为飞行的阻碍。

翅膀的特化: 现代鸟类“真正”的手指(或说是指骨)在翅膀的尖端,但羽毛已经覆盖了它们,形成了一个光滑的翼面。这些骨骼结构变得更加融合,失去了独立移动和抓握的能力。
飞行效率: 任何突出的、可能干扰气流的结构都会降低飞行的效率。因此,在漫长的演化过程中,自然选择倾向于淘汰那些前肢带有明显爪子的个体,除非这些爪子对生存有特别的好处。
其他适应: 鸟类发展出了喙(Bill/Beak)来摄食、理毛,用腿和脚来抓握、行走。这些新的适应性结构很大程度上取代了前肢爪的功能。

因此,对于大多数现代鸟类来说,前肢的爪在胚胎发育后期会退化,最终消失,或者仅留下极小的、几乎看不见的骨骼残余。

3. 麝雉:一个“活化石”般的保留者

那么,麝雉(Hoatzin)是怎么回事?麝雉的幼体在前肢上保留着两枚(而不是三枚,这又是另一个值得探讨的细节,可能与它们更近的演化亲缘关系或祖先性状的细微变化有关)发育良好的爪。

麝雉幼体的行为: 麝雉幼体最令人惊叹的行为就是它们可以用这两枚爪子爬行。它们生活在南美洲的森林中,巢筑在高高的树枝上。当幼鸟感到威胁时,它们会从巢穴中跳下,掉入水里或掉到地面上。但神奇的是,它们能够凭借前肢的爪和后肢的脚,像小蜥蜴一样爬回树上,找到自己的巢穴。这种行为在任何其他现代鸟类身上都看不到。

麝雉的演化地位: 麝雉的演化地位一直以来都有些特殊,科学家们对其在鸟类谱系中的确切位置有过很多争论。但目前的基因和形态学研究表明,麝雉是鸡形目(Galliformes)(包括鸡、火鸡、雉鸡等)的一个非常古老的分支,或者是鸠鸽目(Columbiformes)(包括鸽子、斑鸠)的一个姐妹群,总的来说,它们代表了一个相对古老的鸟类谱系。

麝雉是“重启”了这一性状吗? 答案是:不是。麝雉并没有“重启”或“重新演化”出前肢带爪的性状。 它们之所以有爪,是因为它们属于一个没有完全丢失这一祖先性状的演化分支。想象一下,鸟类演化的大树枝条分叉,大部分枝条(代表大多数现代鸟类)都修剪掉了“前肢带爪”这个小分支,但麝雉这根枝条,或者更确切地说,它所在的那个较小的分支,保留了这个来自远古祖先的特征。

这就像我们在谈论人的进化时,提到某个猿类祖先可能长有尾巴,而我们人类虽然没有尾巴,但在胚胎发育早期,脊索末端(尾巴的残余)仍然是存在的。麝雉则是在其直系祖先或近亲中,这个“前肢带爪”的特征一直被保留了下来,并且在幼体阶段表现得尤为明显。

总结来说:

历史上,在鸟类从恐龙演化而来的早期阶段,绝大多数(如果不是全部)早期的鸟类或其近亲(如某些恐龙)的幼体(或成体)前肢都带有爪。 这是一种广泛存在的祖先性状。
麝雉并没有“重启”这一性状。 它们之所以幼体有爪,是因为它们所属的演化谱系完整地保留了这一古老的特征,而大多数其他鸟类谱系则在后来的演化过程中丢失了它。
麝雉幼体的前肢爪,是那个遥远古老时期鸟类(以及它们的恐龙祖先)所拥有的特征的一个活生生的、令人惊叹的证明。它们利用这些爪子在树上攀爬的行为,更是为我们描绘了一幅早期鸟类生活方式的生动画面。

所以,这个问题不是关于麝雉“重新发明”了什么,而是关于它们“继承”并“保留”了什么。这是一段非常迷人的演化历史,让我们看到,并非所有特征都会在新生的物种中消失,有些古老的“工具”会因为某些原因被完整地传承下来,直到今天。

网友意见

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麝雉幼体的临时爪子可能是独有衍征,和现存的其他所有鸟无关。目前还没搞清楚麝雉的演化史。

目前看来,鸟的翼指数量减少和爪子消失是同时发生的[1]。现存的前肢有爪子的鸟,鸵鸟、石鸡、鸭子、猫头鹰之类,并不像麝雉幼体那样用爪子运动。

一些恐龙的前肢指骨愈合比新鸟小纲出现要早。

恐爪龙前肢末端骨骼和始祖鸟前肢末端骨骼:

鸵鸟前肢结构:

鸭子前肢骨骼:

即将破壳的小麝雉的前肢骨骼:

参考

  1. ^ M. A. G. de Bakker, D. A. Fowler, K. den Ouden, E. M. Dondorp, M. C. Garrido Navas, J. O. Horbanczuk, J-Y. Sire, D. Szczerbińska, M. K. Richardson, Digit loss in archosaur evolution and the interplay between selection and constraints. Nature 500, 445–448 (2013)

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