爬行动物的皮肤附属物,包括羽毛、鳞片、皮刺甚至毛发,是适应环境和生存策略的重要组成部分。传统上,科学界普遍认为复杂的皮肤附属物如羽毛和毛发主要出现在鸟类及哺乳动物的祖先中,而其它爬行动物则被认为其皮肤附属物较为简单,多为鳞片结构。然而,2025年发表在《自然》杂志上的一项研究揭示,一种名为Mirasaura grauvogeli的三叠纪中期二叠龙类化石显示出复杂而多样化的皮肤附属物,这一发现使得我们对爬行动物皮肤附属物的起源和早期多样化有了全新的认识。Mirasaura grauvogeli生活在约2.47亿年前,在法国的Grès à Voltzia地层中被发现。它的体型小巧,具有一排延伸于背部前部的细长皮肤附属物,形成独特的冠状结构。尽管其头颅与鸟类表面上相似,但系统发育分析表明该物种属于专属三叠纪的Drepanosauromorpha类群,而非鸟蹠类相关的演化支系。
科学家通过扫描电子显微镜(SEM)对其皮肤附属物中的色素体结构进行了分析,发现其色素体的几何特性与羽毛中的黑色素体极为相似,而与爬行动物普通皮肤或哺乳动物毛发的色素体则有明显差异。这意味着这种二叠龙类附属物的结构从色素学角度看与羽毛更为接近,但因其缺少分枝结构,这些附属物不属于现代羽毛的同源结构。研究团队进一步通过细致的形态学分析和系统发育树构建,确认了Mirasaura与另外一种历史定位模糊的三叠纪爬行动物Longisquama的密切亲缘关系,这两个物种都属于Drepanosauromorpha类群,拥有相似形态的纵向扩展皮肤附属物,但与现代爬行动物、鸟类或哺乳动物的皮肤附属物演化路径存在独立的演化过程。科学家发现这些皮肤附属物呈现出复杂的层状结构和曲折纹理,在幼年个体和成熟体型之间的差异也揭示了其生长发育过程。此外,通过同步辐射快速扫描X射线荧光(SRS-XRF)技术,研究人员检测到了与色素沉积相关的铁、镍、铜等元素分布,增强了这些皮肤附属物色素和结构的保存证据。Mirasaura的骨骼形态亦显示其躯干较长,有明显的“驼峰”状脊柱隆起,与其皮肤附属物的位置相一致,暗示这种结构可能在视觉展示或物种识别中发挥了重要作用,而非用于飞行或保温。
其长而狭窄的吻部配合完全无齿的前颌,和纤细的牙齿后段构成特征,显示其捕食昆虫和小型无脊椎动物的生态位。研究结果第一次将复杂皮肤附属物的起源时间大幅提前,扩展了我们对三叠纪爬行动物的多样化理解,同时也打破了复杂皮肤附属物仅存在于鸟类祖先和哺乳动物祖先的传统认知。Triassic时期是地球生物多样性迅速扩张和生态位重组的时期,Mirasaura的发现说明即使在非鸟蹠类的二叠龙类中,也出现了复杂的皮肤结构尝试,这些结果支持了基因调控网络和皮肤发育路径在该演化阶段之前已具备产生复杂附属物的潜力。这对于探讨羽毛和毛发的分子起源提供了新线索,提示这些结构可能源于更古老的共同祖先。此外,鉴于Mirasaura和Longisquama的附属物与现代羽毛形态结构的不同,科学界开始反思传统的皮肤附属物同源性假说,转而接受多次独立进化复杂皮肤结构的可能性。这一发现对演化生物学产生了深远影响,不仅丰富了爬行动物形态变异和适应方式的知识库,也为进一步研究三叠纪生态系统内不同爬行动物的生态地位提供了重要参考。
展望未来,随着更多三叠纪早期和中期爬行动物化石的发现,结合现代成像技术和分子检测方法,我们期待能够更加系统地重建爬行动物皮肤附属物的结构演变历程及其生物学功能。Mirasaura这一发现强调了化石学在揭示生命早期演化及适应创新中的关键作用,也促进了对当前爬行动物皮肤生物学理解的跨学科研究。综上所述,Mirasaura grauvogeli的发现不仅重新定义了爬行动物复杂皮肤附属物起源的时间节点,还开启了对古生物体表结构多样化研究的新篇章。该研究对三叠纪生态甚至现代爬行动物的形态多样性进化机制都具有重要启示,必将在今后相关领域的科研工作中占据核心地位。