三維顱骨重建闡明了新世界猴子的進(jìn)化

研究人員使用計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)掃描來(lái)檢查和重建屬于兩種已滅絕的猴子Caipora bambuiorum和Cartelles coimbrafilhoi的顱骨化石。這些化石大約在30年前在巴西巴伊亞的一個(gè)洞穴中發(fā)現(xiàn)，位于Caatinga，一個(gè)占據(jù)巴西東北地區(qū)一部分的半干旱生物群落。

將這些圖像與來(lái)自14個(gè)現(xiàn)存的中美洲和南美洲靈長(zhǎng)類動(dòng)物的顱骨進(jìn)行比較，使研究人員能夠識(shí)別適應(yīng)性并推斷出已滅絕和現(xiàn)存物種之間以前未知的關(guān)系。

“這是有史以來(lái)第一次涉及新世界猴或化石的化石的顱內(nèi)形態(tài)研究，”圣保羅大學(xué)考古與民族學(xué)博物館(MAE)教授，實(shí)驗(yàn)室附屬研究員AndréMenezesStrauss說(shuō)。巴西大學(xué)生物科學(xué)研究所(IB-USP)的考古學(xué)與環(huán)境/進(jìn)化人類學(xué)(LAAAE)。

古人類學(xué)家使用從腦膜中取出的石膏，分析了顱內(nèi)形態(tài)，以估計(jì)化石靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦的形狀和大小。

研究人員描述了屬于Atelidae-Alouatta(吼猴)，Ateles(蜘蛛猴)，Brachyteles(羊毛蜘蛛猴或muriquis)和Lagothrix(羊毛猴)家族四種現(xiàn)存屬的14種顱骨和顱內(nèi)形狀變異，以及滅絕的物種C. bambuiorum和C. coimbrafilhoi。今天世界上大約有350種靈長(zhǎng)類動(dòng)物。超過(guò)200種是platyrrhines。

這項(xiàng)研究由阿根廷拉普拉塔博物館的人類學(xué)家伊萬(wàn)佩雷斯領(lǐng)導(dǎo)。他的合作者包括隸屬于圣保羅大學(xué)(USP)和坎皮納斯大學(xué)(UNICAMP)的巴西科學(xué)家，以及比利時(shí)，法國(guó)，德國(guó)和美國(guó)機(jī)構(gòu)的研究人員。CástorCartelle是米納斯吉拉斯州天主教大學(xué)(PUC-MG)的古生物學(xué)家，其名稱為Cartelles coimbrafilhoi，也是該研究小組的成員。

C. bambuiorum和C. coimbrafilhoi的化石標(biāo)本保存在米納斯吉拉斯州貝洛奧里藏特的PUC-MG自然歷史博物館。現(xiàn)存的platyrrhines的14頭顱骨來(lái)自阿根廷拉普拉塔博物館，巴西里約熱內(nèi)盧國(guó)家博物館，布宜諾斯艾利斯的阿根廷自然科學(xué)博物館和華盛頓特區(qū)的美國(guó)國(guó)家自然歷史博物館。

“使用醫(yī)用CT掃描儀對(duì)所有16個(gè)樣本進(jìn)行數(shù)字化。為每個(gè)樣本生成一個(gè)虛擬的顱內(nèi)三維模型，并從CT掃描數(shù)據(jù)中提取顱面的三維模型，”施特勞斯說(shuō)。

化石標(biāo)本受損，特別是在顴弓(顴骨)區(qū)域，因此研究人員選擇了兩種策略來(lái)分析它們。根據(jù)施特勞斯的說(shuō)法，在C. bambuiorum的情況下，沒(méi)有右顴弓，但是左弓是完整的。

“我們?cè)?-D模型中將未受損的拱門反射到損壞的一側(cè)，利用雙側(cè)對(duì)稱性，通過(guò)這種虛擬修復(fù)，獲得了完整的標(biāo)本，”他說(shuō)。

“在C. coimbrafilhoi，雙方都沒(méi)有，所以我們使用估算方法來(lái)估計(jì)缺失部分的位置。”

佩雷斯沿著每個(gè)顱骨的曲線和表面數(shù)字化26個(gè)解剖標(biāo)志和373個(gè)半標(biāo)志，以及每個(gè)顱骨上的64個(gè)標(biāo)志和196個(gè)半標(biāo)志。在幾何形態(tài)測(cè)量學(xué)中，地標(biāo)是具有進(jìn)化意義的2-D或3-D點(diǎn)。半地標(biāo)由相對(duì)于其他地標(biāo)的位置定義，例如，在地標(biāo)X和Y之間的中間。

“這些數(shù)據(jù)作為多變量分析的基礎(chǔ)，可以比較16個(gè)樣本的所有特征，并尋找表明形態(tài)學(xué)[因此]適應(yīng)性模式的相似性和差異性，”施特勞斯說(shuō)。

換句話說(shuō)，由于現(xiàn)存的Atelidae物種(最大的新世界猴子)的標(biāo)本包括Alouatta，Ateles，Brachyteles和Lagothrix的顱骨，因此將它們與已滅絕物種的標(biāo)本進(jìn)行比較，以確定這兩種化石是否相似并且可能與他們中的任何一個(gè)密切相關(guān)。

三維頭蓋骨

施特勞斯說(shuō)，數(shù)據(jù)清楚地表明，C。bambuiorum應(yīng)與Ateles，Brachyteles和Lagothrix分組，所有這些都遠(yuǎn)離Alouatta。

這意味著Alouatta屬與Atelidae和C. bambuiorum的其他屬共有一個(gè)共同的祖先，并且它比Ateles，Brachyteles和Lagothrix共有的共同祖先更古老。

“然而，當(dāng)僅僅根據(jù)Ateles，Brachyteles和Lagothrix分析C. bambuiorum的位置時(shí)，結(jié)論是化石顯然最接近Brachyteles，”施特勞斯說(shuō)。

最近由CástorCartelle在20年前提名的C. bambuiorum與巨型蜘蛛猴(Ateles)類似的假設(shè)被我們的數(shù)據(jù)駁斥，這表明滅絕的猴子實(shí)際上更像是一個(gè)“巨人”muriqui (Brachyteles)“。

在C. coimbrafilhoi的情況下，多變量分析產(chǎn)生了一些驚喜。第一個(gè)是數(shù)據(jù)沒(méi)有明確地將它與Atelidae的四個(gè)現(xiàn)存屬中的任何一個(gè)組合在一起，但始終填補(bǔ)了Alouatta和其他三個(gè)屬之間以前空的形態(tài)空間。

“關(guān)于化石物種，我們顯示C. bambuiorum位于Brachyteles觀察到的變異范圍內(nèi)，而C. coimbrafilhoi呈現(xiàn)的內(nèi)顱形狀與任何現(xiàn)存的Atelidae觀察到的變異范圍不重疊。在四個(gè)屬中，C。coimbrafilhoi在顱內(nèi)形態(tài)空間中最接近Alouatta，但在頭顱方面最接近Lagothrix，“Strauss說(shuō)。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)去除尺寸因子時(shí)，C。coimbrafilhoi的特征介于一側(cè)的Alouatta和另一側(cè)的Ateles，Brachyteles和Lagothrix之間，”Strauss說(shuō)。

“我們的研究結(jié)果表明，在atelid進(jìn)化枝中，C。bambuiorum和C. coimbrafilhoi的滅絕導(dǎo)致生物變異的顯著喪失，而這些化石的發(fā)現(xiàn)是無(wú)法想象的，”文章總結(jié)道。

從阿根廷北部到中美洲，加勒比海地區(qū)和墨西哥分布的新世界靈長(zhǎng)類動(dòng)物的整個(gè)譜系來(lái)自一群創(chuàng)始人，這些創(chuàng)始人包括被認(rèn)為穿過(guò)前南大西洋的小非洲猴子(當(dāng)時(shí)規(guī)模的三分之一) 4500萬(wàn)年前，在漂浮的植被筏上。

美國(guó)的猴子化石研究始于183年前的1836年巴西，當(dāng)時(shí)丹麥博物學(xué)家彼得·威廉·隆德在米納斯吉拉斯州Lagoa Santa地區(qū)的一個(gè)洞穴中發(fā)現(xiàn)了比野生的大型靈長(zhǎng)類動(dòng)物大得多的遺骸。

隆德將這只猴子命名為Protopithecus brasiliensis，意為“巴西祖先的猴子”。它在一萬(wàn)多年前滅絕，是現(xiàn)存最大的platyrrhine的Br??achyteles的近親。

從那時(shí)起發(fā)現(xiàn)的化石(主要是單顆牙齒和下頜骨碎片，再加上一些顱骨)屬于非常古老的platyrrhines，它們?cè)跀?shù)百萬(wàn)或數(shù)千萬(wàn)年前在阿根廷巴塔哥尼亞滅絕，位于智利安第斯山脈和玻利維亞高原的高處。秘魯?shù)膩嗰R遜熱帶雨林和幾個(gè)加勒比海島嶼。

雖然現(xiàn)在已經(jīng)描述了30多種已滅絕的platyrrhine物種，但是P. brasiliensis從未失去過(guò)比其他物種大得多的巨大的地位，除了兩個(gè)例外。

1992年，在巴西最大的洞穴群(巴伊亞州)的Toca da Boa Vista內(nèi)室發(fā)現(xiàn)了幾乎完整的另外兩個(gè)巨型platyrrhines骷髏。他們生活在一萬(wàn)多年前的冰河時(shí)代結(jié)束時(shí)。

這兩種化石都是由Cartelle在PUC-MG進(jìn)行研究的，他將其中一個(gè)標(biāo)本描述為屬于他稱之為Caipora bambuiorum的新物種的巨型蜘蛛猴。他將第二個(gè)標(biāo)本鑒定為L(zhǎng)und(P。brasiliensis)描述的物種的成員。

C. bambuiorum和P. brasiliensis屬于Atelidae科。最大的atelid屬是Brachyteles，其成員可以達(dá)到15公斤，其次是Alouatta，通常為10公斤或更少。C. bambuiorum和P. brasiliensis的體積增加了60%?；钪鴷r(shí)，它們的體重必須超過(guò)25公斤，大約和非洲狒狒一樣多。

2013年，感謝美國(guó)人類學(xué)家，在Toca da Boa Vista中發(fā)現(xiàn)的最初被認(rèn)為是Protopithecus的化石被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)名為Cartelles coimbrafilhoi的新物種的典范，以向CástorCartelle致敬。

由Perez領(lǐng)導(dǎo)的研究小組得出的結(jié)論是，C。coimbrafilhoi與Alouatta有關(guān)，而不是像Cartelle所想的那樣與Brachyteles有關(guān)。

現(xiàn)在，新的科學(xué)技術(shù)為這兩種化石提供了新的解釋，特別是C. coimbrafilhoi。

由研究人員構(gòu)建的C. coimbrafilhoi顱骨的三維模型顯示其形態(tài)適應(yīng)性與任何其他新世界靈長(zhǎng)類動(dòng)物的現(xiàn)存或滅絕不同。

“計(jì)算機(jī)斷層掃描使我們能夠?qū). coimbrafilhoi進(jìn)行新的分析，得出了新的結(jié)論。我們現(xiàn)在相信，在巴伊亞發(fā)現(xiàn)的更新世的巨型猴子既不是Alouatta也不是Brachyteles。它的獨(dú)特顱骨特征在任何其他新世界都不再出現(xiàn)靈長(zhǎng)類動(dòng)物，“施特勞斯說(shuō)。

Lund描述的Protopithecus沒(méi)有包括Perez，Aristide，Strauss及其同事的研究，因?yàn)槿狈梢話呙璧娘B骨。到目前為止發(fā)現(xiàn)的化石高度分散。