Stephanie E. Pierce2014-05-06 2:24 PM

最早四足动物躯干的椎体结构 Vertebral architecture in the earliest stem tetrapods

论文摘要

脊柱结构已被用作定义和诊断早期四足动物类群的关键性解剖特征。棘状椎骨长期以来被视为四足动物的原祖形态,脊柱椎骨中具有背侧置入的椎弓和神经棘,即前腹置入的间椎体和和成对的后背侧置入的半侧椎骨体。然而,我们对有关最早四足动物躯干的椎解剖仍所知甚少,因为大多数标本仍然被困在周围基质中,这模糊了重要的解剖特征。我们在此利用传播相位对比X射线同步辐射微断层描述了晚期泥盆纪四脚鱼石螈躯干的三维椎体架构。我们的扫描揭示了新形态的多样化以及相关的发育和功能特征,包括由后到前的可能性椎体骨化序列和胸骨骨化元素的首个进化外观。其中最具有吸引力的特性与椎元件之间的位置关系有关, 且半侧椎骨体意外地与直接代替他们的中心部位发生了缝合或熔接,这表明了“反向”的棘状设计。比较鱼石螈与其他两类躯干四足动物,即棘鱼石螈和彼得普斯螈后表明,反向的棘状椎骨可能是有肢类脊椎动物的祖传条件。本研究从根本上改变了我们目前对最早四足动物脊柱演变的认识,并提出了有关四足变形鱼类和后期更具冠状的四足动物的假定椎架构的问题。


Abstract

The construction of the vertebral column has been used as a key anatomical character in defining and diagnosing early tetrapod groups. Rhachitomous vertebrae—in which there is a dorsally placed neural arch and spine, an anteroventrally placed intercentrum and paired, posterodorsally placed pleurocentra—have long been considered the ancestral morphology for tetrapods. Nonetheless, very little is known about vertebral anatomy in the earliest stem tetrapods, because most specimens remain trapped in surrounding matrix, obscuring important anatomical features. Here we describe the three-dimensional vertebral architecture of the Late Devonian stem tetrapod Ichthyostega using propagation phase-contrast X-ray synchrotron microtomography. Our scans reveal a diverse array of new morphological, and associated developmental and functional, characteristics, including a possible posterior-to-anterior vertebral ossification sequence and the first evolutionary appearance of ossified sternal elements. One of the most intriguing features relates to the positional relationships between the vertebral elements, with the pleurocentra being unexpectedly sutured or fused to the intercentra that directly succeed them, indicating a ‘reverse’ rhachitomous design. Comparison of Ichthyostega with two other stem tetrapods, Acanthostega and Pederpes, shows that reverse rhachitomous vertebrae may be the ancestral condition for limbed vertebrates. This study fundamentally revises our current understanding of vertebral column evolution in the earliest tetrapods and raises questions about the presumed vertebral architecture of tetrapodomorph fish and later, more crownward, tetrapods.


唧唧堂调查:脊椎构造演化顺序 过去弄反


根据英国每日邮报报导指出,英国皇家兽医学院的皮尔斯教授和剑桥大学的克拉克教授所率领的跨国研究团队,使用位在法国的欧洲同步辐射中心(ESRF)的X光造影设备,检视了一批被包覆在岩石内、距今3亿6000万年之久的4足动物化石,结果竟发现科学家过去把4足动物脊椎构造的前后顺序弄反了,这表示科学家未来得重新思考如鱼石螈(Ichthyostega)、棘鱼石螈(Acanthostega)及彼得普斯螈(Pederpes)等生物脊椎的演化过程。这项研究结果已刊登在「自然」期刊上。


皮尔斯教授表示,过去100多年来,科学家一直以为早期4足动物的脊椎是由3组骨骼所构成,一组在前,一组在上方,另一对则在后面。但透过同步辐射X光检视化石内部后,研究人员却发现传统理论刚好把脊椎的前后顺序弄反,例如原本在最前面的间椎体(intercentrum)其实是最后一块,这项发现对於4足动物脊椎的功能演化有极深远的影响。


皮尔斯还说,科学家在理解这些骨骼的组成方式后,才能开始研究脊椎的活动性,以及测试早期4足动物在陆上行动时,其脊椎如何把力量在4肢之间转移。


研究人员还在一种动物化石中发现了一种「至今未为人所知的骨骼特徵」,包括有连串骨骼一直延伸至胸部中央,代表胸骨演化的开始。克拉克教授指出,这种骨骼结构可能强化鱼石螈的肋骨,让牠在陆地上移动时能以胸骨支撑身体的重量。鱼石螈有类似胸骨的构造也支持了另一项理论,认為鱼石螈是靠著前脚「支撑」动作,类似弹涂鱼和海豹那样在平地上移动。 

http://news.ltn.com.tw/news/world/paper/646833 

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