03.02 现在的鸟类为何没有牙齿?

埃夫隆


现在世界上的鸟类有很多种,但是不论什么样种类的鸟类都有一个共同的特点,就是没有牙齿,对此科学家产生了浓厚的研究兴趣,自从科学家在19世纪发现了始祖鸟的化石并认为它是鸟类祖先,而且对鸟类的“祖先”始祖鸟的化石进行了研究,结果发现始祖鸟却长着牙齿,而令人奇怪的是现存的这些鸟类却为什么没有牙齿呢?对于鸟类在漫长的历史长河之中渐渐地将自己的牙齿丢失的原因科学家众说纷纭,而最近美国一研究组织公布了最新的关于这一课题的研究成果,最新公布的研究成果,表示发现了鸟类牙齿逐渐丢失的原因。

科学家通过对早期的鸟类化石进行研究,结果发现最早的鸟类是有牙齿的,不过到后来鸟类的不断进化发展长出了角质喙,而这种角质喙逐步的代替了原来的牙齿,所以渐渐的鸟类就失去了咀嚼的功能,慢慢的牙齿被逐步的退化掉,不过关于牙齿究竟是怎么退化掉的,科学家一直无法找到确切的证据能够证明。

上个世纪50年代,有一部分科学家认为,鸟类的牙齿丢失主要是为了减轻体重,鸟类在漫长的进化过程中逐步的从地上移到天空之中活动,需要长时间在在天空之中飞翔和捕食,这样它在消化器官就发生了很大的变化,食道之中有一部分逐步的膨胀,进食的食物需要储存在里面,而鸟类的牙齿失去原有的咀嚼功能之后,为了减轻体重逐步的退化掉,这样更加有利于在天空之中飞翔。

关于这种说法,也有不同的科学家提出质疑,因为这种说法并不是完全的科学,即便是鸟类的牙齿失去了原有的功能,也不会逐步的退化消失甚至是变成另一个器官来代替,这从科学理论的方面来解释是难以解释通的,而且这种演化其实基本上是难以实现。

所以对于这个问题,科学家不断地在世界各地探索早期鸟类的化石,不过关于这种化石的形状非常的稀少,即便是有也基本上都破碎了,是到目前为止科学家还是无法系统的推测出早期鸟类到底是什么形态,而且关于早期的鸟丽究竟有没有长牙齿,除了始祖鸟之外,是否同一时期别的鸟类也有牙齿的问题更是无从回答,没有相关的证据。

不过科学家通过分析数百种现在的脊椎动物的基因序列得出结果,现在的鸟类没有牙齿,可能是因为他们跟牙齿发育相关的体内一些基因发生了突变所以才导致现在的鸟类都没有了牙齿。而在远古时期鸟类基本上都是有牙齿的,那个时候远古鸟类的牙齿发育相关的基因并没有发生突变,而后来鸟类牙齿的消失应该是跟其他的一些原因有关系。

科学家探索研究发现,这种牙齿逐渐丢失的现象在恐龙和基干鸟类也存在,并且科学家发现,在恐龙不断的向鸟类进化的过程之中牙齿的丢失时间不断提前,所以牙齿的异时发育应该是鸟类牙齿逐步丢失的原因。

那么什么叫做异时发育?其实简单的来说就是生物的形态特征的出现时间或速率和它们的祖先不同而发生了演化变化。鸟类的祖先恐龙应该是有牙齿的,在第一代恐龙牙齿长出来之后,接下来的几代慢慢的牙齿都不再生长,被尖尖的角质喙所取代,这样第一代长出牙齿的基因就慢慢的关闭,而角质喙则取代了之前牙齿原有的功能。

现在关于鸟类的祖先,科学家普遍认为是兽脚类恐龙,而之前所认为是鸟类祖先的始祖鸟极有可能是恐爪龙类的祖先,不过想要研究鸟类的起源,就必须要研究鸟类的祖先最初身上发生过什么,科学家通过分析发现,鸟类牙齿的丢失与角质喙的生长发育存在着必然的联系。

对此很多人可能会提出不同的疑问,为什么我们现在所看到的很多鸟类好像都长有牙齿,但如果你仔细观察这些鸟类,就会发现其实他们的嘴巴里面长的并不是牙齿,而是上下喙在外部边缘的一些锯齿状,这种结构并不能够成为真正意义上的牙齿,当然现在的很多鸟类,在头部前端还有一个很小的突起,这个突起被称之为卵齿,也只是一个类似于骨刺的结构而已。

所以现在我们所观测到的所有鸟类,不论是小鸟还是雄鹰猛禽,都是没有任何的牙齿生长的,远古的鸟类它们是长有牙齿的,因为那个时候它们刚刚摆脱了爬行动物的行列,成为鸟类一族。

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三丰



鸟类没有牙齿,这算得上是常识,但是早期的鸟类却是普遍长有牙齿的,那么鸟类为什么失去了牙齿呢?

图注:鸟类的祖先是小型的兽脚类恐龙,图片来自网络

图注:发现于中国生活在白垩纪的长翼鸟,嘴中长有牙啊吃,图片来自网络


我们都知道,鸟类是由小型的兽脚类恐龙演化而来的,这些小型兽脚类恐龙是典型的食肉动物,它们的嘴中长有锋利的牙齿,所以早期的鸟类理所当然嘴中也长着牙齿。从侏罗纪最早的鸟类开始,直到白垩纪大灭绝,我们发现的众多的鸟类化石之中都有牙齿。

图注:今天的鸟类失去了牙齿,图片来自网络

图注:很多学者认为鸟类是为了飞行放弃了牙齿,图片来自网络


鸟类为什么失去牙齿,我们通常认为鸟类为了飞行减轻了身体的重量,这种减重必须从身上的每一处进行,其中也包括了脑袋。作为主要的脑袋,只有舍弃牙齿才是最现实的,于是鸟类失去了牙齿。

就在不久之前,来自德国的古生物学家提出了关于鸟类失去牙齿的新假说,那就是为了更快的孵化。我们知道,鸟类是通过产卵的方式繁殖的,产卵之后需要长时间的孵化才能破壳而出,这个时候蛋是非常脆弱的,容易被吃掉,也可能因为环境的突变而停止孵化。为了缩短孵化的周期,提高孵化成功率,鸟类就通过在胚胎的发育过程中抛弃牙齿来缩短孵化时间的,因为胚胎发育牙齿占据了孵化时间的60%。可以这么说,不要了牙齿,鸟类孵化的时间缩短了一半,今天许多鸟类的孵化周期都在30天之内。

图注:孵化是非常重要的,图片来自网络


看看我们人类,在胚胎至胎儿的发育期间并没有长出牙齿,也是在出生只有才慢慢长出牙齿的。


图注:鹅的嘴喙也是有类似牙齿的结构的,图片来自网络


从目前的研究看,鸟类是为了缩短孵化时间才放弃了具有很强功能性的牙齿的,其实许多鸟类也在努力重新获得牙齿类似的结构,比如史上最大的鸟类桑氏伪齿鸟的角质喙边缘就长出了类似于牙齿的锯齿结构,而鹅的嘴边缘也有锯齿结构。

1.Benson, R et al. 2014.Rates of Dinosaur Body Mass Evolution Indicate 170 Million Years of Sustained Ecological Innovation on the Avian Stem Lineage. PLoS Biology, 12:e1001896

2.Field, D et al. 2018. Complete Ichthyornis skull illuminates mosaic assembly of the avian head. Nature, 557:96-100.


古生物探索


在远古时期,鸟类的祖先是有牙齿的。只是随着物种不断演化,现代的鸟类没有牙齿。


鸟类作为脊椎动物,其牙齿的形成涉及到几个方面。例如,牙釉质,就是牙齿外坚硬的组织,它与牙质(就是牙齿下面的钙化物)的形成至关重要。但由于牙质和牙釉质的基因突变,鸟类失去形成牙齿的能力。其时间在1.16亿年前。 


由于大多数鸟类都过着一种飞行生活,活动的强度大,新陈代谢快,每天需要耗费巨大的体能。为了满足这种需要,鸟类不断地努力找寻食物,尽快地加以吞食与消化。不然,哪有力气飞行。


为了能够适应飞行,鸟类就产生了一种新的取食方式,其身体器官发生了变化。


鸟类的消化器官发生了变化。食道中有一部分膨胀变大,形成嗉囔。没有牙,就用嘴巴去啄食,将整粒或者是整块食物快速吞下,而后要将食物贮藏在那个发达的嗉囊当中。


食物在嗉囊中,经过软化后会到胃里。它的胃也变化成两部分,前半部分叫前胃,后半部分叫沙囊,里面有很多小沙粒石子。食物从嗉囔先进入沙囊,由沙子石子把它磨碎,再返回前胃消化。沙囊里的沙子石子就代替了牙齿的作用,它磨碎食物的效率要比牙齿咀嚼高很多,牙齿也就用不上了。砂囊磨碎它,再由消化系统的其余部分陆续地加以消化或吸收。


这样的好处是,可以大量地减轻体重。鸟类的牙齿退化后,会大减轻了头骨的重量,更有利于飞行。想象一下,尽管鸟的骨头是中空的,里面充满空气。但鸟的头骨很重,飞行起来有头重脚轻的现象出现,不利于飞行。


头骨轻了,飞行时自然就省力。当然,以秃鹫为代表的大型猛禽要借助热气流盘旋,因为它们身体还是太重,频繁的起飞和降落,以及飞行都需要花费大力气。


当然,这种砂囊磨碎的方法,即使是让一些鸟种能边飞边消化,节约时间。鸟类有砂囊却没有牙齿,是对于快速取食,以及快速消化的一种适应,是非常适应鸟类飞行的需要的。


当然,那些不能飞行的鸟,例如鸵鸟、企鹅也没有牙齿,因为它们生长牙齿的基因彻底退化了。


自然使者


鸟类为什么没有牙齿,这是一个物竞天择、适者生存的故事。鸟类经过漫长的进化过程,活动领域从地上转移到了天空,其一口锋利的牙齿也在进化的过程中被淘汰掉了。

首先,鸟类很忙,每天都要飞来飞去和捕食,同时鸟类很弱小、天敌又很多,只能靠飞翔来保护自己,所以它们日常活动强度很大,每天都需要耗费巨大的体能,这就需要他们努力寻找食物并快速吞食,而不是同人一样慢慢咀嚼食物,因为鸟类的周围随时可能跳出来一个肉食动物。

鸟类为了适应飞翔生活,他的消化系统也发生了变化,食道一部分变大形成嗦囔,胃变成两部分,前部分叫前胃,后部分叫沙囊。这就形成了一种进食方式:鸟类没有牙齿,而是用锥形嘴巴啄食,将食物整块吞下,暂存在嗉囊中,食物经过嗉囊软化后由沙囊中的沙子将其磨碎,再返回前胃中消化。这样鸟类通过沙囊代替牙齿,解放了传统牙齿咀嚼的时间浪费,并且这种砂囊磨碎的方法,即使是在鸟的飞行中,也能够正常地进行,大大增加了进食效率。

同时,鸟类这种进食方式也大量减轻了体重,更好了适应了飞翔生活。经研究发现,鸟类和取食相关的骨骼只相当于头骨总重量的1/3左右,而其他动物这一比例在2/3左右,取食骨骼的退化,也大大减轻了鸟类头骨的总重量,这也更利于飞行。

所以,鸟类没有牙齿是一种适应环境的进步。


科普团


现在的鸟类不是都没有牙齿:只是有的品种鸟有牙齿,有的品种鸟没有牙齿。但地球上的鸟类品种成千上万,也不可能说是所有的鸟都一概而论说鸟类就是绝对没有牙齿,没有人都可能把世上所有的鸟都抓到一一验证,所以就不能统一断定鸟类都没有牙齿……


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