我们的骨骼并非始于身体深处。它们起源于皮肤,在第一批复杂动物成形后不久——因为,放着简单的方式不用,偏要走诡异路线,何乐而不为呢?

自那以后,皮肤骨骼一直是进化中的反复出现的主题,出现在龟、鳄鱼、蜥蜴、蛇,甚至恐龙身上。然而,我们对它们的了解仍然少得惊人。它们为何一再重现?是否存在一个共同的祖先,拥有皮肤骨骼,并衍生出所有后代?

在《林奈学会生物学杂志》上发表的一项新研究中,研究人员将化石证据与现代计算工具相结合,重建了爬行动物皮肤骨骼3.2亿年的进化史。他们的发现终结了长达几个世纪的争论:皮肤骨骼确实在多个蜥蜴谱系中独立进化。在此过程中,他们还追溯了其最具标志性的类群之一——巨蜥——中一次独特的进化回归。

化石记录中最古老的皮肤骨骼可能追溯到4.75亿年前,当时一些最早的脊椎动物进化出了精致的骨骼外骨骼。这似乎有悖常理,因为脊椎动物的定义就是有脊椎骨,但它们的骨骼内骨骼直到5000万年后才进化出来。显然,优先级不同。

在整个进化史上,皮肤形成骨组织的能力一再重现——例如鱼鳞,或者陆生动物的皮肤骨骼——皮内成骨。离开水后,皮内成骨可能帮助动物适应陆地生活。除此之外,情况就不那么明朗了。皮内成骨在大多数谱系中消失,却又一再出现,尤其是在爬行动物中。

为了理解这一切是如何发生的,研究人员拼凑了一个复杂的进化谜题,就像在银行抢劫案发生很久后才到达现场。他们的“证人”是643个现存和灭绝物种,每个都提供了独特的视角。他们持续调查,直到故事开始汇聚。

他们发现,大多数蜥蜴首次进化出皮内成骨是在晚侏罗世和早白垩世,距今超过1亿年,当时腕龙、异特龙和剑龙等恐龙漫游。装甲可能帮助蜥蜴在捕食者面前生存、应对恶劣环境或迁入新栖息地。在这些早期爆发之后,速度放缓,大多数群体从此保留了它们的皮肤骨骼。

巨蜥的祖先——在澳大利亚被称为“goannas”——完全失去了皮内成骨,很可能是因为它们活跃的生活方式和高效的身体在无需额外重量时运作得更好。但当它们的后代大约2000万年前到达澳大利亚时,一些非凡的事情发生了:它们重新长出了皮内成骨。研究人员将这种重新进化追溯到中新世,当时澳大利亚的气候正变得干燥。皮肤骨骼可能有助于减少水分流失,并在开阔、干旱的景观中提供保护。

引人注目的是,巨蜥是已知唯一在失去皮内成骨后重新获得的蜥蜴谱系。这挑战了多尔定律,该定律认为一旦复杂特征消失,就无法重新进化。20世纪初,研究人员假设蜥蜴从共同祖先那里继承了皮内成骨。后来,这种观点让位于这些骨板在特定群体间独立进化的想法。关于进化机制的争论随之而来,但它们在未锚定皮内成骨起源的清晰时间线的情况下就超前了。

这项研究提供了这一基础——发表在查尔斯·达尔文首次分享其开创性思想的同一本期刊上。化石证据帮助解决了一个长期存在的问题,但现代计算使得将数千种进化场景缩小为一个连贯的故事成为可能。证据很清楚:皮内成骨在数亿年间,在不同蜥蜴谱系中多次独立进化。

在蜥蜴中,巨蜥是唯一已知失去这种装甲后又重新获得的谱系。