鳥類牙齒消失之謎

陸成寬

生活中，我們經(jīng)常能看見(jiàn)鳥吃東西時(shí)，都是整個(gè)吞咽下去的。這是因?yàn)樗鼈儧](méi)有牙齒，所以省去了咀嚼的環(huán)節(jié)。但是你知道嗎，很早以前，鳥類也是有牙齒的。我國(guó)科學(xué)家通過(guò)探究古鳥類牙齒的微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了它們躲過(guò)6500萬(wàn)年前“大滅絕”事件的秘密。

或許不少人會(huì)問(wèn)，是不是所有古鳥類都有牙齒？鳥類的牙齒和它們的食性有著怎樣的關(guān)系？現(xiàn)代鳥類還會(huì)有一些類似牙的器官嗎？

大部分中生代鳥類都有牙齒

從化石記錄中發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，現(xiàn)在已知的大部分中生代鳥類的上下頜都有牙齒。2018年5月，《自然》雜志發(fā)表了一篇論文，講述了當(dāng)時(shí)新發(fā)現(xiàn)的4塊早期鳥類——魚鳥的化石。魚鳥是一種類似燕鷗的海鳥，翼展可達(dá)60厘米，生活在距今約1億至6600萬(wàn)年前的北美地區(qū)，它就保留有尖銳的彎曲齒。

此前，古生物學(xué)家曾在我國(guó)遼寧地區(qū)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)有古怪牙齒的鳥類化石。這種鳥類學(xué)名為紀(jì)氏槽齒鳥，屬于已經(jīng)滅絕的反鳥亞綱，它們身長(zhǎng)只有十幾厘米，體型與知更鳥相似，生活在距今1.21億至1.25億年前。紀(jì)氏槽齒鳥的牙齒有尖利的牙冠，而且還保存有形成齒形脊的牙釉質(zhì)?？赡苷且?yàn)橛辛藞?jiān)固的齒形脊，這些鳥類才可以咬開(kāi)昆蟲、螃蟹或者蝸牛的堅(jiān)硬外殼。

大多數(shù)完整的中國(guó)遼西鳥類化石都有牙齒并且原位保存在齒骨以及上頜骨的齒槽里，比如長(zhǎng)翼鳥、會(huì)鳥、熱河鳥以及燕鳥等，這些鳥類覆蓋了中生代鳥類的主要類群。但也并不是所有中生代鳥類都有牙齒，比如遼西地區(qū)最早發(fā)現(xiàn)的也是數(shù)量最多的一類基干鳥類——孔子鳥就沒(méi)有牙齒，而是有角質(zhì)喙。

鳥類牙齒退化的原因

早在2014年底，就有學(xué)者分析了數(shù)百種現(xiàn)生脊椎動(dòng)物的基因序列，發(fā)現(xiàn)多個(gè)與牙齒形成有關(guān)的基因在鳥類的基因組中都已丟失或者只剩下“假基因”。于是，他們?cè)诖嘶A(chǔ)上提出鳥類沒(méi)有牙齒是因?yàn)樗鼈兣c牙齒發(fā)育相關(guān)的基因發(fā)生了突變。

到了2017年，另一批學(xué)者提出，牙齒的異時(shí)發(fā)育（后裔發(fā)育的時(shí)間和速率與祖先不同而發(fā)生演化）退化才是導(dǎo)致早期鳥類牙齒丟失的直接原因。

還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，鳥類是為了使它們的雛鳥能夠更快地從卵中孵化出來(lái)，才放棄了牙齒。研究人員以長(zhǎng)有牙齒的爬行動(dòng)物作為參照進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，胚胎發(fā)育出牙齒的過(guò)程可以占據(jù)全部孵化時(shí)間的60%。因此主動(dòng)放棄牙齒，將會(huì)有助于提高鳥類的孵化成功率，對(duì)種群的延續(xù)具有重要的意義。

食性轉(zhuǎn)變導(dǎo)致鳥類牙齒退化

古鳥類和小型獸腳類恐龍擁有共同的祖先，它們都具有牙列。但古鳥類牙齒的數(shù)量比小型獸腳類恐龍要少，形態(tài)和位置上也出現(xiàn)了一些變化，不像肉食性恐龍那樣長(zhǎng)著滿口鋒利的“彎鐮刀”。比如屬于基干鳥類的熱河鳥，牙齒變小、數(shù)量變少；而長(zhǎng)翼鳥的牙齒雖然相對(duì)較彎曲，但是僅在上下頜的最前端存在。

研究人員認(rèn)為，鳥類牙齒退化的原因很大程度上是因?yàn)槭承缘霓D(zhuǎn)變——從肉食性轉(zhuǎn)為雜食性，種子、果實(shí)以及昆蟲都成了鳥類的“盤中餐”。不用費(fèi)力撕咬，牙齒就不再是鳥類進(jìn)食的必要器官。

研究者對(duì)包括今鳥類、反鳥類、會(huì)鳥、熱河鳥在內(nèi)的古鳥類牙齒的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比觀察和研究后，發(fā)現(xiàn)盡管簡(jiǎn)單的釉質(zhì)層在早期古鳥類中都有保留，但牙釉質(zhì)與牙本質(zhì)之間的多孔罩牙本質(zhì)層皆已消失。多孔罩牙本質(zhì)層被認(rèn)為是能夠避免肉食性恐龍?jiān)诼邮尺^(guò)程中牙齒斷裂的特殊避震保護(hù)結(jié)構(gòu)，它的消失意味著，鳥類的牙齒不再需要特殊的力學(xué)保護(hù)結(jié)構(gòu)，間接證實(shí)了當(dāng)時(shí)的鳥類在飲食習(xí)慣方面與肉食性恐龍產(chǎn)生了極大差異。

沒(méi)牙齒，它們還有喙

到了現(xiàn)代，鳥類的牙齒已全部消失。為了增強(qiáng)消化功能，鳥類演化出嗉囊和肌胃，食物先在嗉囊中存貯并慢慢軟化，再經(jīng)肌胃磨碎。此外，為了彌補(bǔ)牙齒的功能，鳥類進(jìn)化出各種不同的喙。

如果有機(jī)會(huì)近距離觀察灰雁，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們上下喙的內(nèi)側(cè)邊緣是鋸齒狀的。不過(guò)，這可不是真正意義上的牙齒，科學(xué)家稱之為板層狀構(gòu)造。這些特殊的喙部的衍生結(jié)構(gòu)可以幫助它們?cè)谌∈尺^(guò)程中更有效地進(jìn)食，比如切割植物根莖、過(guò)濾水體中的無(wú)脊椎動(dòng)物等。另外還有一些雁鴨類喙部的鋸齒狀構(gòu)造與板層狀構(gòu)造類似，只不過(guò)形狀不同，其用途很像魚鉤的倒刺，捕魚的時(shí)候可以防止魚從口中逃脫，企鵝舌部的刺狀突起與其有類似的功能。

另外，隼形目的鳥類（如紅腳隼）喙部前端有一個(gè)小的嚙緣齒，即喙前端側(cè)面有一個(gè)齒狀突起，這也是用來(lái)撕咬或固定獵物的。但是，這些都不是真正的牙齒，而是喙部的角質(zhì)殼衍生出來(lái)的膜質(zhì)或角質(zhì)結(jié)構(gòu)。