漫長歲月，鳥類怎么搞丟了牙

姜靖

鳥類沒牙齒，是為了減重還是基因突變

人類對鳥喙形態的研究歷史可以追溯到19世紀中葉。當時，達爾文在隨“貝格爾”號進行環球航行時，注意到了生活在加拉帕戈斯群島不同島嶼上的地雀具有不同形態的喙，可以幫助它們適應不同的食性并占據不同的生態位。雖然達爾文將這一發現作為支持物種進化的有力證據寫入了《物種起源》，但他并沒有回答鳥類牙齒如何丟失的問題。

最早關注鳥類牙齒丟失問題的可能是荷蘭古生物學家海爾曼，他在1927年出版的《鳥類起源》中提到：“最早的鳥類有牙齒，但是后來鳥類長出了角質喙，因為角質喙代替了牙齒的功能，牙齒不再使用，所以就逐漸退化了。”雖然海爾曼并沒有回答鳥類的牙齒是怎么退化的，但此后的整個20世紀幾乎沒有人對這一解釋提出過疑問。20世紀50年代，甚至有人進一步提出，鳥類牙齒丟失是為了減輕體重，從而更利于飛行。

“為了獲得一個功能而失去或得到一個器官，在演化上是很難實現的，這就好比人類想飛上天，但從來不會長出翅膀。”首都師范大學生命科學學院的學者王爍說。不過，當時并沒有人對此提出質疑。“因為不論是支持還是反對都需要證據，當時全世界發現的早期鳥類化石非常稀少，由于標本有限而且相當破碎，人們根本無法系統地推測早期鳥類到底長什么樣兒，也不清楚究竟是只有始祖鳥還是所有的早期鳥類都長有牙齒。”

在隨后的很長一段時間里，科學界對此并無更深探討。直到2014年年底，有學者在分析了數百種沒有牙齒的現生脊椎動物基因序列的基礎上提出：鳥類沒有牙齒是因為它們與牙齒發育相關的基因發生了突變。

“實際上，大多數早期鳥類是長牙的，只不過長得不是很整齊，有些丟失前面的幾顆牙，有些丟失后面的幾顆牙。牙齒只要能生長就說明早期鳥類與牙齒發育相關的基因并沒有發生突變，而是某些其他的原因導致了鳥類牙齒的丟失。因此從那時候起，我就懷疑這些學者的觀點可能是站不住腳的。”王爍說。

牙齒長丟了，是否緣于異時發育退化

2016年12月22日，王爍的研究團隊曾報告稱，他們在新疆發現了一種幼體長牙、成體無牙的恐龍——難逃泥潭龍。

這種恐龍剛出殼時，嘴里至少有42顆牙齒，到了半歲時就只剩下34顆，而到了接近1歲時牙齒就全部沒了。這是科學家第一次在恐龍中觀察到牙齒長丟了的現象。為此，他們試圖從中探析鳥類牙齒丟失之謎。

研究小組發現，牙齒在個體發育過程中，逐漸丟失的現象在竊蛋龍類和基干鳥類中同樣存在，并且在恐龍向鳥類演化的過程中，牙齒異時發育丟失的時間不斷提前。研究小組稱，這說明牙齒的異時發育退化才是導致鳥類牙齒丟失的直接原因。

所謂異時發育，就是發育的時間和速率發生的改變。我們看到的動植物的很多特征都是異時發育的結果，比如雄獅長有鬃毛，雌獅則沒有。這是因為在這個特征上雄獅比雌獅多走了“一步”。在王爍看來，對于鳥類的牙齒丟失而言，相對其祖先獸腳類恐龍，它們不是多走了一步，而是少走了一步。

鳥類的祖先恐龍是有牙齒的，但是有那么幾種恐龍，第一代時牙齒還在，隨后的幾代牙齒慢慢就不長了，取而代之的是慢慢長出來的角質喙。最初長牙的基因沒有突變丟失，而是慢慢關閉了。作為一個新出現的器官，角質喙慢慢取代了牙齒的功能，成為鳥類取食的重要器官。此后，作用于牙齒發育基因上的自然選擇壓力逐漸減小，這些基因開始發生突變。這說明科學家在現生鳥類中發現的基因突變是鳥類演化后期才出現的現象，而早期鳥類牙齒丟失的真正原因是異時發育。“人類現有的技術還不能直接檢測鳥類化石上殘留的遺傳物質，因此要想回答鳥類的牙齒是如何丟失的問題，必須借助于古生物學證據。”王爍說。

恐龍掉牙關鳥類啥事

那么，問題來了。恐龍牙齒丟失與鳥類喙的演化有什么關系？

王爍解釋說：“目前的證據普遍支持獸腳類恐龍是鳥類的祖先，因此要研究鳥類起源以及鳥類重要特征的起源，就得先知道鳥類的祖先身上發生過什么。這一點就好比我們想知道人類的起源，就需要研究猩猩一樣。”

相比以往關于鳥類牙齒丟失的假說，這一新的發現更有說服力。首先，通過基于大數據的特征相關性分析，研究人員發現，鳥類牙齒的丟失與角質喙的發育存在著必然的聯系。以往的研究表明，骨形態發生蛋白不僅控制著牙齒發育，也參與了角質喙的發生過程。通過發育生物學實驗證實，這一信號通路表達的上調在引起牙齒發育中斷的同時還可以促進角質喙的生長——這一結果第一次闡明了引起牙齒異時發育退化的可能的機制。

其次，從泥潭龍到竊蛋龍再到早期鳥類身上都存在這一現象，這說明牙齒的異時發育丟失是脊椎動物牙齒演化常用的一種“手段”。

通過形態學、演化發育生物學、大數據分析等分析手段獲得的這些研究成果具有很高的可信度。這標志著鳥類牙齒如何丟失這個困擾科學家將近一個世紀的科學問題，或許最終得到了回答。