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哺乳類演化複雜脊椎 或致背痛出現

2018/9/21 — 12:22

資料圖片:Olenka Kotyk, Unsplash

資料圖片:Olenka Kotyk, Unsplash

哺乳類動物在許多方面都是獨一無二的,例如相比起爬蟲類,包括人類的哺乳類動物均是溫血且較為敏捷。不過最新刊於《科學》的研究指,哺乳類動物最別之處其實是脊骨結構。

該研究由美國國家科學基金會 (NSF) 資助,並由哈佛大學古脊椎生學物家 Stephanie Pierce 與 Katrina Jones 領導。

Pierce 指,脊椎如一條珠鏈一樣,只是每一粒珠子變成了脊椎骨,而在大多數如蜥蜴的四足動物中,每塊脊椎骨無論外觀與功能都一樣,但哺乳類的脊骨卻不同,頸、胸、腰的都有不同形態有獨立功能。由於脊椎骨可各自運作,因此可讓哺乳類適應不同生活方式如跑步、飛行、挖掘等等。

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由於哺乳類動物每塊椎骨都有獨立功能,學界一直認為這些不同功能很早就被演化出來。不過,從來沒有單一的化石可記錄「蜥蜴祖先」演化至哺乳類的過程。故此團隊從多個博物館借用保存良好、有 2-3.2 億年歷史、哺乳類近親合弓綱 (Synapsida) 脊椎化石,並與超過 1,000 個現存生物包括老鼠、短吻鱷等的脊骨進行對比。

團隊事前假設,如果哺乳類動物的椎脊在很久以前已出現,理應在合弓綱身上也找到相同構造。不過經對比後,團隊發現合弓綱化石的椎脊骨區域數量比哺乳類少,哺乳類可能在演化過程中,衍生出新的椎脊骨形態:在 2.5 億年前,肩膀和前肢附近有新的椎脊骨區域出現,合弓綱下獸孔目 (Therapsida) 的前肢也出現戲劇性變化,相信是與其跑動姿態有關。

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Pierce 指,椎骨和肩胛骨的組織發展過程中可能出現互動,導致肩部需新增一椎脊骨區域以滿足新的生活習慣與需求。後來,盤骨附近出現了新的腰椎 (lumbar) 區域,讓哺乳類適應不同環境與生活習慣,這相信亦是是哺乳類最後發展的一個椎脊區域。團隊又認為,腰椎的出現可能與同源異形基因 (Hox genes) 有關,因為這類基因專門調控生物形態。

不過,腰椎卻是大部份人類背痛的來源。 Pierce 則戲言指,這方面我們可能需要埋怨我們的祖先為何需要這麼複雜的脊骨。

來源:
Phys.org, What makes a mammal a mammal? Our spine, say scientists, 20 September 2018

報告:
Jones, K.E., Angielczyk, K.D., Polly, P.D. & et al. (2018). Fossils reveal the complex evolutionary history of the mammalian regionalized spine. Science  21 Sep 2018: Vol. 361, Issue 6408, pp. 1249-1252. DOI: 10.1126/science.aar3126

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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