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地大团队发表白垩纪龟鳖胚胎化石首次详细研究


地大新闻网讯(通讯员马雨聪)近日,我校地球科学学院韩凤禄副教授研究团队联合加拿大卡尔加里大学、加拿大皇家泰瑞尔古生物博物馆、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的科研人员,报道了一枚白垩纪晚期的含有胚胎的龟鳖类蛋化石。通过对该化石开展的系统研究,研究团队认为这种龟蛋是一类已灭绝的体型巨大的南雄龟(南阳豫龟)所产的蛋,在目前公开发表的文章中,这是首次根据胚胎将龟蛋化石和具体的成体属种联系起来。此外,研究团队还探究了大型鳖类繁殖策略的演化,相关文章已于8月18日在国际著名生物学期刊《英国皇家学会学报B:生物科学》在线发表。

龟鳖类起源于三叠纪晚期,至今已生活了2亿多年并遍布世界大部分地区,是一类成功的爬行动物。中生代以来,世界各地保存有大量龟鳖类骨骼和蛋化石,但是很少发现龟鳖类胚胎化石。因此科研人员通常缺少足够的证据判断龟蛋化石的亲缘归属,对于早期龟鳖类繁殖策略、胚胎发育等也没有足够的认识。目前,仅在德国、蒙古、巴西、美国和中国河南等地正式报道过龟鳖类胚胎化石,但未对胚胎骨骼进行深入研究。

(a)龟胚胎蛋化石CUGW EH051照片;(b)蛋化石局部放大图,白色箭头指示暴露出来的胚胎骨骼;(c)孵化中的南阳豫龟(想象图);(d)化石CUGW EH051产出的地层

胚胎骨骼的复原与重建;左图为3D重建图,右图红色部分为识别出的龟胚胎骨骼

2018年6月,我校地球科学学院江海水教授和韩凤禄副教授在河南野外考察时,意外获得一枚形态奇特的蛋化石。这枚蛋化石鸡蛋大小,呈球形,蛋壳极厚,在蛋壳破损处发现了形似骨骼的结构,由于其内部保存的骨质疏松、易碎,不易进行修复,为了能够最大限度获得胚胎骨骼信息,同时减少对化石的损害,研究人员决定使用显微CT对其进行整体扫描,并利用3D重建对内部的胚胎骨骼进行三维建模。从CT影像可以看到,该枚蛋化石骨骼并不关联,纤细的骨骼给整体的重建带来了很大困难,因此研究人员耗时整整一年,才对内部骨骼形态有了较为准确的重建。 “最初的CT重建主要是由我的学生胡金锋完成,我每天都会反复对比研究这些图像,直到有一天我看到刚修复出来的一对下颌,才确信这是龟的胚胎。”韩凤禄副教授说。

虽然这些胚胎骨骼指示了龟的形态,但是它的蛋壳厚度近2毫米,比现生所有龟类的蛋壳都要厚。这究竟是哪一种龟类的蛋成了研究人员亟待解决的问题。

研究团队集合了专注于龟类化石研究的加拿大古生物学家Brinkman博士、蛋化石研究专家加拿大卡尔加里大学Zelenitsky博士和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的张蜀康博士,大家利用现生龟类成体和蛋大小以及重量之间的函数关系,推断产下该枚蛋化石的成体龟的体长为1.6米。最终根据体型、骨骼特征以及产地和层位,将其归入南雄龟科的南阳豫龟。

大体型的南雄龟在白垩纪末完全灭绝,而和南雄龟科亲缘关系较近的、拥有稍薄蛋壳的椽龟科顺利延续到了新生代。所以关于蛋化石具有极厚蛋壳的原因,研究人员提出了极端干旱的环境、白垩纪的温室效应、周围环境的酸碱度变化等多个非正常极端环境的假说,具体的影响因素有待进一步研究。

蛋壳径切面(a)单偏光显微镜下图像;(b)正交偏光显微镜下图像;(c)素描图;(d)扫描电子显微镜下图像;(e)阴极发光图像。比例尺代表1毫米

本文第一作者、地球科学学院2020级硕士生研究生柯宇铮说:“该研究涉及到龟的骨骼形态学、生态学、生理学等,需要有较广的知识面和准确的分析能力。我大四时就在韩老师的指导下进行古胚胎领域的学习,但是胚胎化石的研究难度非常大,个体发育对骨骼形态的影响需要进行细致的辨识和推理。”他首先对胚胎进一步精确重建,并和现生龟胚胎的染色标本进一步对比,进而在师兄的帮助指导下对蛋壳化石进行了切片和显微观察。除了对胚胎本身进行研究,他还对鳖类的繁殖策略进行了统计和讨论,得出了大体型的鳖类的繁殖策略总体上呈现蛋的大小减小、蛋壳变薄,蛋的数量有所增加的规律。 (文字编辑田甜)

发表时间:2021-08-19点击:编辑:张磊