鸟类为什么没有牙齿？来源Skynews

大家熟知的约1.5亿年前的始祖鸟（Archaeopteryx）是有牙齿的。目前已知最早没牙齿的鸟就是生活在大约1.2亿年前的孔子鸟（Confuciusornis），它的化石被发现于我国辽宁省。而同时期发现鸟类很多是有牙齿的，比如最近刚刚被重新分析的鱼鸟（Ichthyornis dispar）(Field et al. 2018)（见下图）。这也意味着鸟类的牙齿是在演化中逐渐丢失的。那么，鸟类的牙齿为何丢失？

可以看出鱼鸟口中有很发达的牙齿（来自Field et al. 2018）

鸟类与哺乳动物的身体结构有很大的不同，它们通常体型较小，体重更轻，能够飞行——而且鸟类没有牙齿，这是没什么呢？传统的观点认为，鸟类牙齿的丢失与它们适应飞行生活有密切的关系。鸟类牙齿的丢失起到了减轻体重的功能，配合骨骼的轻量化，使得鸟身体的重心从头部转向身体的后部和下部转移，这种转变使得鸟类的飞行更加稳定。现代鸟类的取食方式是快速吞下食物。为了弥补牙齿的丢失，鸟类演化出嗉囊和肌胃（砂囊），来处理事物。食物在嗉囊当中慢慢软化，再经肌胃里磨碎。另外，牙齿刚出现的时候，其功能只是把持食物，鸟多样化的喙已经很好的完成了这个功能（见下图）。

金胸雀鹛（Lioparus chrysotis）取食的照片。摄影师：Crazybirdy

最近，德国波恩大学的科学家在《生物学快报》“Biology Letters”上发表的一项研究提出了鸟类丢失牙齿的新假说。他们认为鸟类牙齿的退化与它们减轻体重和食物无关（见下图）。

来源：Yang and Sander，2018, Biology Letters, 论文的截图。

鸟类和恐龙有共同的祖先。现代的观点认为，鸟类起源于兽脚类恐龙（见下图）。但是在恐龙灭绝之后，迅速地进行适应辐射，这也意味着鸟类的牙齿是随着它们的演化而丢失的。

从系统进化树上看出，鸟类的祖先（红色三角形）起源于兽脚类的恐龙（黄色菱形），来源Benson et al. 2014。

以前在这一领域的研究得出结论，鸟类失去了牙齿，是为了适应飞行所“丢掉”的性状。但是根据最新的研究，鸟类是为了使它们的雏鸟可以更快地从卵中孵化出来，因而放弃了牙齿（见下图）。

鸟类缺少牙齿可能是因为它们有更短的孵化时间，鸟类的雏鸟孵化的时候在上喙长出了帮它们开卵的“卵齿”，但这并不是真正的牙齿。来源Lovette and Fitzpatrick 2016.

根据论文作者杨子瑞（Yang Tzu Ruei）和Martin Sander博士的发现，蜥蜴和鸟类胚胎的发育速度是不同的。对于前者，因为胚胎需要发育出牙齿来，这一过程可以占据整个孵化时间的60%。当胚胎还在卵中时，极易受到捕食者和自然灾害的影响，如果胚胎死亡了，动物个体就失去了向后代传递基因的机会。为了缩短孵化周期，爬行类和鸟类的胚胎可能采取不同的策略。如果以长有牙齿的爬行动物作为参照的话，在胚胎发育的早期和中期，牙齿如果停止发育了，都能有效地缩短整个胚胎孵化期（见下图）。

如果以长有牙齿的爬行动物的胚胎发育期作为参照的话（图上第一行），在胚胎发育的早期和后期（第四行和第三行），牙齿停止发育，都能有效地缩短整个胚胎孵化期。但是孵化后牙齿停止发育只会造成个体的牙齿丢失（第二行）（来源Yang & Sander 2018）。

“ 这个现象让我们有理由相信，自然选择是让鸟类的牙齿丢失的原因，因为这样可以加速胚胎发育的过程，鸟类从而缩短孵化时间。” 作者解释道，“然而，这个原因并不能解释为什么一些与鸟类没有很近亲缘关系的食肉恐龙却独立地演化出“丢掉牙齿”的特征（下图）。

可以看出，在恐龙和鸟类共同其起源和演化的系统支系上，鸟类的牙齿全部丢失，但是有些恐龙的牙齿独立发生了丢失。蓝色为牙齿部分丢失，绿色为胚胎成熟之后牙齿丢失，红色为牙齿完全丢失（来源Yang & Sander 2018）。

作者还分析了两个恐龙胚胎的牙齿化石，特别是研究了牙齿上类似于树木年轮的生长线。从这个分析上可以看出恐龙牙齿的发育过程十分缓慢。以此推断，非飞行恐龙的卵孵化时间比鸟类祖先的恐龙的卵要长得多，甚至长达六个月！这样缺乏牙齿的喙允许早期的鸟类和一些恐龙能够更快地孵化卵，这有助于这些动物可以在巢中孵化，而不是像一些爬行动物需要把卵埋起来，让环境的温度孵化它们。然而，他们承认这一假说并不能解释为什么龟鳖类的牙齿也发生了退化，因为龟类的卵亦有很长的孵化期显然是个悖论。

在2014年12月发表的Science杂志上，有好几篇文章通过48个鸟类物种的基因组研究鸟类演化的规律。其中有一篇文章还揭示了鸟类牙齿丢失背后的分子遗传机制。科学家们通过分析鸟类、鳄鱼、蜥蜴和乌龟基因组中与牙齿形成产生的相关同源基因，发现了多个与牙齿形成的基因在所有鸟类的基因组中都已经丢失或者只剩下假基因（不完整的序列）。也就是说，鸟类这些基因丧失了发育成牙齿的功能。

通过比较鸟类基因组和蜥蜴（有牙齿）、鳄鱼（有牙齿）、海龟（无牙齿）的基因组，发现了与牙齿丢失有关的基因。结合已经灭绝的鱼鸟Ichthyornis（有齿）和有齿半壳龟Odontochelys（有齿）的化石证据表明，牙釉质的丢失是在1.16亿年前，整个牙齿的丢失不晚于1亿年前。来源于Meredith et al. 2014。

整合化石和基因组学的证据，科学家能够推测现存鸟类的共同祖先丢失牙齿的时间发生在不晚于一亿年前的第三纪大灭绝之前，其具体时间为：牙釉质的丢失是在1.16亿年前，整个牙齿的丢失不晚于1亿年前。鸟类前颌上的牙齿丢失伴随着鸟类前颌上喙的产生；然后形成了完全的喙，并丢失了全部的牙齿。而牙齿的丢失恰恰可能加强了鸟喙在摄食上的功能，这才演化出鸟类形状多样的喙。

大家有许多关于鸟类形态、多样性和行为的问题。提问是激发人们去探索自然奥秘的一种正确方式。即便是看似简单或者已经有了解释的问题背后，同样存在着可以继续探索的余地，特别是使用现代化研究手段提供的新视角。

参考文献略

文章来源：推鸟

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编辑：Pierre

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