动 物

蜜蜂“上岗”也要“培训”

长期以来，科学家一直想知道，动物是否像人类一样具有言传身教的能力。研究发现很多脊椎动物能通过社会学习来提升环境适应能力，如：年轻的裸鼹鼠可以通过长期的社会互动向年长的个体学习独特的群体方言。虽然无脊椎动物的社会学习受到的关注较少，但近年来科学家已经发现，昆虫的小脑袋并不限制它们拥有复杂的学习能力。蜜蜂是典型的社会性昆虫，为了实现最佳的任务分配，蜂群内蜜蜂个体间需要准确的信息交流。蜜蜂的“舞蹈语言”是实现蜂群内蜜蜂个体间准确的信息交流，从而达成最佳任务分配方式的有利工具。蜜蜂摇摆舞的持续时间、角度、摇摆次数分别编码食物的距离、方向和质量等信息，巢内蜜蜂通过接收摇摆舞编码的信息并最终找到的食物位置。有趣的是，有时执行觅食任务的蜜蜂个体甚至从未离开过巢穴，但它们能够通过解读摇摆舞的信息找到食物，采集成功后又继续通过表演舞蹈向其它蜜蜂传递信息。那么，蜜蜂的舞蹈是否存在“言传身教”？中国科学院西双版纳热带植物园的研究团队最近发现，幼蜂和成蜂的互动能提高幼蜂的舞蹈技能，社会学习改善了蜜蜂的“舞蹈语言”表达能力，幼教缺失会大大影响蜜蜂舞蹈信息的准确性。研究人员在实验中创建了一种全部由刚出房的幼蜂组成的人工蜂群。与在自然蜂群里成长的蜜蜂相比，幼蜂群中的蜜蜂在成长过程中缺失了向有经验的采集蜂学习表演舞蹈的机会，就像婴幼儿在成长初期丧失了跟成人学习和互动的机会。实验时，研究人员首先训练幼蜂群和自然蜂群准备出巢的采集蜂，在其访问距蜂巢150米远的饲喂器时，对它们逐一标记。当这些被标记的采集蜂回巢开始跳舞时，用摄像机记录它们的舞蹈，对舞蹈的持续时间、角度、摇摆次数等多个指标进行数据采集、分析。比较幼蜂群和自然蜂群的同日龄蜜蜂的各项舞蹈指标可以发现，人工幼蜂群表演的舞蹈存在明显的缺陷和误差。虽然蜜蜂舞蹈是一种与生俱来的行为，其舞蹈摆动角度（指示方向）的误差会随着采集经验的积累有所减少，但摆动时间（指示距离）的误差却始终不会改善。也就是说，社会学习对蜜蜂“舞蹈语言”的传承有重要作用，幼教缺失导致蜜蜂舞蹈发展出新的“方言”，并将终身保持。这项研究让人们第一次知道，成蜂的舞蹈具有教学作用，脑容量很小的无脊椎动物也具备“言传身教”的能力。蜜蜂舞蹈就像人类、鸟类等脊椎动物的语言交流，新手向有经验的个体学习比它们独自摸索能更好地获得技能。（Science, 2023, 379: 1015-1018, DOI: 10.1126/science.ade1702）

群居动物更长寿

哺乳动物，也称兽类，拥有多种社会组织，如独居、配对和群居等。群居形式多样，包含以裸鼹鼠为代表的真社会和以金丝猴为代表的重层社会。群居还可以根据成年雌性和成年雄性独居或与多个异性共居的情况，划分为一雄多雌、一雌多雄和多雄多雌。同时，不同哺乳物种的最大寿命也呈现较高多样性，比如一些鼩鼱类最长只能活2年，而弓头鲸寿命可长达200多岁。目前，关于哺乳动物的社会组织和最大寿命之间是否存在协同演化尚没有明确答案。中国科学院动物研究所整合系统发育比较方法和组学方法开展了社会性组织和寿命的跨物种比较研究，利用系统发育比较分析方法对约1000种哺乳动物进行分析，发现群居物种比独居物种更长寿。通过对社会组织与寿命的独立模型和关联模型的比较分析，发现在群居物种中，短寿向长寿的转化率更高。上述结果表明寿命的演化依赖于社会组织的演化，即在哺乳动物中，社会组织与寿命之间存在关联演化。该研究还通过对94种哺乳动物的脑转录组的比较分析，鉴定出有31个在表达水平上共享的基因以及激素和免疫相关的通路都参与了社会组织与寿命的关联过程。选择压力分析进一步识别出8个在社会组织和寿命中共享的基因，其表达水平显著变化同时受到自然选择作用，这些共享的基因和通路可能在寿命和社会性的协同演化中发挥着重要作用。（Nature Communications, 2023, 14: 372.DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-35869-7）

朱氏克拉通鸷：鸟身恐龙头

中生代记录了鸟类如何从恐龙演化出来，并演化出独有的体型特征的过程。这一演化阶段鸟类谱系的多样性主要以反鸟类和今鸟型类构成的鸟胸类为主，而鸟胸类已经演化出大量与现生鸟类相似的形态特征，与最原始的鸟类（始祖鸟）在形态上差异巨大。演化位置介于二者之间的非鸟胸类鸟类（以下简称基干鸟类）则为填补这一鸿沟提供了重要信息。但是长期以来受限于化石发现，对基干鸟类早期分异的研究并不充分。此次发现的鸟类恰好属于热河生物群（距今1.35—1.2亿年）基干鸟类巾帼鸟科（Jinguofortisidae）的新属种，研究人员将其命名为朱氏克拉通鸷（Cratonavis zhui）。克拉通鸷与兽脚类恐龙在头骨形态上相差无几，特别是保留了原始主龙类双颞孔的结构——上、下颞孔独立于眼眶且相互分离，翼骨具有膨大的方骨支，犁骨粗大。这些原始的特征都说明克拉通鸷并未演化出现生多数鸟类具有的头骨可动性，即上颌独立于脑颅和下颌发生运动。与之相对，克拉通鸷的头后骨骼却已经具有大量鸟类的进步特征，例如骨化的胸骨、加长的前肢、缩短的尾骨、对握的脚爪等，说明了头骨和身体的模块化演化，头骨特别是颞区和腭区在演化上比较保守。克拉通鸷最为特殊的是具有异常长的肩胛骨和第一蹠骨（相当于脚掌最内侧的骨骼）。研究人员通过比较分支系统学的方法，追溯了上述两块骨骼在恐龙-鸟类演化过程中的动态轨迹。肩胛骨是鸟类飞行结构的重要组成部分，其形态在不同飞行方式的鸟类中变化显著。研究人员发现肩胛骨在兽脚类恐龙中比在鸟类中更易发生长度的改变，其在克拉通鸷中的独立加长有可能是适应飞行的一种尝试，因为加长的肩胛骨能够扩大控制向下扇动翅膀的肌肉的附着面积。克拉通鸷的第一蹠骨的相对长度远超过其他鸟类和多数恐龙。在恐龙-鸟类演化中，第一蹠骨显示出缩短的趋势，例如第一蹠骨在鸟类中的相对长度比例是远小于原始的兽脚类恐龙的，而鸟类第一蹠骨的比例在其分异伊始就已经确立。第一蹠骨在克拉通鸷中的加长是独立演化的结果。利用生态主轴分析，结合巨大的第一脚趾和弯曲的脚爪，研究人员提出第一蹠骨的异常增长有可能与克拉通鸷类似猛禽的生态习性有关。克拉通鸷独特的肩胛骨和蹠骨显示了在个体发育、自然选择和生态功能机会的动态作用下，一些看似演化相对保守的骨骼“摆脱了限制”而发生演化变化的现象。（Nature Ecology &Evolution, 2023, 7: 20-31.DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-022-01921-w）

鳍龙之祖“汉江怪物”

鳍龙类（Sauropterygia）意为“具有鳍状肢的爬行动物”，是海生爬行动物中物种数量众多、形态差别最显著的一个类群，包含楯齿龙类、肿肋龙类、幻龙类、蛇颈龙类等多个子类群，从三叠纪初期到白垩纪末期，在海洋中繁衍了1.8亿年之久。20世纪70年代初，杨钟健将产自湖北省南漳县汉江附近的一件海生爬行动化石物命名为“湖北汉江蜥”（Hanosaurus hupehensis），判定它属于海龙类（Thalattosauria，当时翻译为“海蜥类”）；90年代末，这种动物被修订为鳍龙类中的肿肋龙类。作为鳍龙类起源关键时期早三叠世的物种，汉江蜥非常重要。新标本的出现和研究，为鳍龙类的演化认识注入了新的信息。新研究涉及的新标本是迄今为止首件完整的汉江蜥化石，也是世界上已知最早、最完整的鳍龙类相关材料。新标本展现出前所未知的嵌合特征：它的大小与肿肋龙相当，肢骨似幻龙；肩部和腰部骨骼浑圆，与楯齿龙相同；齿冠内凹，颅顶倒V形，这些特征又像赑屃龙。同时它还有很多原始特征，如颈部较短、骨板缺失、颞孔较小等。这只早三叠世的“汉江怪物”不仅保留着原始的与嵌合的特征，还展现出“曼妙”的身形——显著加长的躯干，搭配短小的四肢。这与赑屃龙和楯齿龙的圆胖身材格格不入，与贵州龙和肿肋龙的蜥蜴模样也不尽相同，与幻龙和蛇颈龙的“长颈短身”更是大相径庭。大量研究表明，蛇颈龙采用巨大的鳍状肢在水下“飞行”，幻龙也依靠有力的四肢推进，而它们的躯干短且僵硬，可见这些后期的鳍龙类是典型的“四肢驱动型”游泳动物。然而，汉江蜥作为鳍龙形类的原始成员，不但没有鳍状肢，而且四肢短小，躯干窄长，更可能如鳗鱼一般，身体侧向摆动游泳，属于“体轴驱动型”，这与它的后代截然相反！有趣的是，汉江蜥这样“长身短肢”的身体构型，倒是与早期鱼龙类、湖北鳄类、沧龙类、水生喙头蜥类，甚至原始鲸豚类、水獭相似。研究人员通过对四肢和躯干尺寸的统计发现，很多海生爬行动物类群在水生适应的初期，都发展出了“长身短肢”的趋同体型。原始的爬行动物正是凭借体轴侧向扭动，带动四肢前进，可见在海生爬行动物中，体轴驱动比四肢驱动更容易从它们的陆生祖先那里继承。（iScience, 2022, 25, 105635.DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105635）