编辑:四足动物水土过渡:重建软组织解剖和功能

由于建模和分析的新方法,我们发现更多关于运动,感觉,和喂养动物,跨越四足动物水土过渡和脊椎动物的起源。随着调查已灭绝动物的功能变得更加复杂和严格,需要考虑软组织变得更加紧迫。例如,生物力学模拟运动的早期四足动物依靠假设他们的肌肉和软骨,来自生活的动物。因此,开车去了解更多关于我们古代亲戚之间的关系让我们问新的问题软硬组织在发展和演化。早期的陆地脊椎动物从水生到陆生怎么喂?肌肉解剖和如何发展变化在转换的过程中从鳍在四足动物的四肢和蜕变的损失在脊椎动物吗?在这个研究课题,研究方法这些问题使用化石,生物力学模型,观察动物的生活,新的成像模式,让我们把胚胎发育和成年解剖以前所未有的细节。

历史的角度

软组织重建往往受制于科学偏见,将直接影响科学插画家,教育家,孩子将成为下一代的科学家。坎贝尔等。;坎贝尔et al。B召集了一个小组从不同学科,种族和文化背景,和职业阶段检查当前的种族歧视的例子,Western-centrism和性别歧视不仅在生物学和人类学作品,而且在突出的自然历史博物馆。当前和历史的主题软组织解剖进一步开发的方法梨等。,检查骨盆肌肉组织的个体发生和形态chondrichthyans使用现代和历史的结合方法。Nano-CT成像和三维重建被用来描述一系列增长的象鲨鱼胚胎发展,虽然从19世纪历史的描述,传统的解剖方法是个让已发展国家重新定义成人用解剖学。后者的论文是一个很好的例子,如何合成新的观测历史数据获得先进的成像方法来推进我们的理解在激动人心的新方法。

用鳍和四肢运动

成像技术的改进使得非破坏性分析越来越小的标本,有或没有对比,当从濒危物种利用难得的材料是很重要的。Hirasawa et al。成像胚胎的澳洲肺鱼理解胸肌肉组织的演变和增加数量和规模的四肢的肌肉fish-to-tetrapod过渡。他们推测,间质需要发展胸肌的神经支配肢体在鱼,四足动物不在,cleithrum形式沿着体壁其迁移的障碍。因此,逐渐减少的cleithrum tetrapodomorph鱼类可能打开门增加了复杂性的四肢的肌肉。优美地阐述了这种复杂性增加的比较解剖的腔棘鱼和鳄鱼Mansuit和Herrel,文件增加四肢的肌肉在四足动物和较大的表面比sarcopterygian鱼类肌肉。现存鱼类的发展最先进的成像技术的结合与细致检查博物馆标本提供了急需的粒度在软组织进化基础的主要运动变化fish-to-tetrapod过渡。

并行从水过渡到土地现存两栖动物的个体发生促使许多研究者使用两栖动物作为早期四足动物模型。Molnar测量关节软骨在各种蝾螈和发现,不管大小,水栖蝾螈厚得多比陆地蝾螈肢体骨骼软骨帽。这一发现很重要,因为现存的系统发育支架(威默,1995)的干细胞包括动物骨骼软骨大相径庭,如肺鱼,两栖动物和脊椎动物。更大的精度评估软组织维度将提高茎四足动物运动的生物力学模型。Abdala et al。提供了一个个体发育的角度来看,拉拢地理测绘技术量化组织的相对大小和位置的变化对盆腔发展青蛙和鸡。从蝌蚪青蛙变质,腰带上成长得更快比鸡和外侧旋转,并联进化发生在四足动物水土过渡。

作为四足动物成为独立的水体的繁殖,他们开发了更有效和高效的地面运动。Zwafing et al。测试所使用的假设杆脊椎动物更直立姿势通过增加肌肉到现有的运动学和动力学模型,在二叠纪四足动物运动Orobates(Nyakatura et al ., 2019),一个化石接近脊椎动物的起源。理论上,鳄鱼的姿势Orobates生产最优的肌肉拉伤。然而,多个姿势下降的范围内合理的肌肉拉伤,强调困难的重建已灭绝动物的行为。

颅和饲养系统

在他们的研究水生食物吸收的个体发生的变化模式在纽特,Natchev et al。说明运动与喂养系统的集成。喂养模式在年轻的幼虫从pre-metamorphic幼虫和成人截然不同,暗示控制喂养装置集成了运动系统的活动。这些变化可能是由形成功能性的四肢在幼虫发育后期,进化论的发现与广泛的影响和生理整合整个水土过渡运动和喂养系统。

除了喂食,terrestrialization四足动物必需的其他生态适应性,比如吸气式的。茎四足动物,如Acanthostega部分依赖于对吸气式的呼吸孔。气门源于胚胎舌颌骨囊,这被认为是目前完全成形的吉尔在早期颌类脊椎动物(Gegenbaur 1872)。蘑菇等。证明galeaspid气门吉尔的存在淑玉商量妹妹集团osteostracans + gnathostomes,发现气门保留甚至整个fish-tetrapod呼吸功能过渡的形态hyomandibula(镫骨)转换为四足动物中耳。因此,这手稿汇集了异常保存化石和系统发生学上的新进展回答长期进化问题。工作在另一个区域的头骨,克莱门特et al。研究大脑之间的复杂关系和颅腔模型(腔房屋大脑)根据男孩在现存两栖动物。除了生产详细的大脑形态学重建,可用于未来的解释化石,它们表现出生态的重要性,当使用一个现存系统支架,因为大脑的大小可以不同1和颅腔模型体积根据男孩的78%。

作为水生脊椎动物血统成为独立于环境和获得一个隔离的鸡蛋,幼虫阶段。摆脱了幼虫饲养的约束(Werneburg 2019),颅骨和下巴肌肉组织进化的新个体发生的途径。最明显的变化与颞头骨的形成和多样性地区,包括颞空缺(亚伯和Werneburg, 2021年)。在两个研究,二叠纪末爬行动物Captorhinus aguti被用来代表祖先的脊椎动物。颅骨缝合的复杂性研究推断出颅运动的程度,和弱缝合区域的头骨被当成潜在的进化位置的空缺(亚伯等。)。采取c . aguti作为一个模板,Werneburg和亚伯模拟时间内开口anapsid头骨使用解剖网络方法(Werneburg et al ., 2019;Sookias et al ., 2020)。作者表明颞头骨地区的发展是最明显的上下文中理解适应硬或软的食物。也不过,头骨尺寸等其他因素,脖子的姿势,必须考虑和系统发育的限制,允许一个平衡的讨论时间头骨的起源和意义空缺。

在这个研究课题,一个出色的国际科学家小组在脊椎动物terrestrialization最近的进展讨论。利用现代分析和概念框架,定义新的未来研究的方向在脊椎动物运动,喂养,颅解剖学。挑战并不简单:为动物两岸的水土过渡,重建软组织基于现存的亲戚是困难的,因为伟大的鱼和四足动物形态差距。即使在相对保守的脑壳等地区,非系统因素很重要,如生态学、习惯和生活方式。在这些情况下,更好的理解在现存的类群结构关系可以帮助限制重建。在进化新奇事物的情况下如四足动物的肢体、发育和遗传方法可能需要补充形态比较。然而,尽管它的困难,将软组织纳入化石重建有很多好处,从测试和提炼化石运动假说预测后果喂养的头骨形态学的变化。此外,新开发的软组织重建方法可以补充历史方法和促进更准确,减少偏见的理解进化,无论是在最近还是古代人类祖先。

作者的贡献

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资金

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