尼安德特人的脚印、智人祖先的模样、石炭纪鲨鱼的吸食式取食 ｜ 古生物新闻 8

　　挖掘现场，图片来源：https://gizmodo.com/trove-of-neanderthal-footprints-provide-an-unprecedente-1838013247

　　研究意义：近日，法国科学家在《PNAS》杂志上发表文章称，他们在法国勒罗泽市的英吉利海峡岸边发掘出257个约8万年前尼安德特人的脚印化石，而在此之前，人类发现的尼安德特人脚印化石只有9个，分别位于希腊、罗马尼亚、直布罗陀和法国，而这次一下发现了257个！

　　通过分析这些脚印的形态和轨迹，科学家们发现这257个脚印属于10-13个尼安德特人，其中90%的脚印都是由幼儿和青少年留下来的，最小的只有2岁，成年人可能只有两三个。根据其中一枚成年男子的脚印估算，这名成年男子的身高可能在175-190厘米之间，不过在这个区间内偏矮的可能性更大，但即使这样，他的身高也远远超过了以前对尼安德特人身高的估计，即尼安德特人男性的平均身高为166厘米。

　　不过，为什么这些脚印里面儿童和青少年的这么多，成年人的这么少呢？这个问题可以有很多答案，可能是因为尼安德特人成年人的死亡率高，于是为了扩大族群人口他们会不断生孩子，这样导致整个族群的幼年成员数量偏多。也有可能这里存在一个泥坑，小孩子喜欢玩泥巴，就像小猪佩奇里面的小猪一样（现代小朋友看了这个动画片也喜欢往泥坑或者水坑里跳……），于是有很多尼安德特人小朋友在这里玩，成年人过来只是想把他们带走或者顺路经过。

　　除了这些脚印化石，还有什么留下来呢？这些脚印覆盖的面积大约有92平方米，在脚印化石产地的周围并没有尼安德特人的骨骼化石产出，但是产出了他们的石器，并存在他们用火、屠宰猎物以及打磨燧石的痕迹，这说明这个脚印保存的地点就在他们的生活区旁边。除了脚印化石以外还有8个手印化石以及6个动物的足迹化石保存。

　　为什么说这些脚印属于尼安德特人的呢？一是因为前文提到此处也发现了一些石器，这些石器的特征与欧洲其他相同时代的尼安德特人石器类似。二是这些脚印与之前发现的9个尼安德特人脚印形态确实相像。三是在当时的西欧，只有尼安德特人生存在这里，现代智人要到3.5万年前的时候才到达这片区域。

　　那这些脚印化石又是如何保存的呢？这些脚印化石是在一个泥泞的环境中形成的，可能是海滩边低洼处的泥坑，这些脚印产生并干燥之后，很快就被沙子给覆盖上了，分析这里的沉积物表明之前这里曾经存在一个沙丘系统。

　　那这些脚印的重要性在哪呢？尼安德特人的骨骼化石确实出土了不少，但是骨骼化石对于研究一个尼安德特人族群的社会结构来说提供的信息还是不太准确的，最主要的就是这些化石不一定是同时保存的，无论是墓葬还是自然搬运，埋藏在一起的尼安德特人化石往往是在很长一段时间内累积的结果，要说骨骼化石保存一个族群的在某一时刻的社会信息也可以，如果一场灾难瞬间将整个族群杀死并掩埋保存成化石就可以了，泥石流就很有可能，但是这样的化石至今没有发现过。而这种保存在同一层沉积物中（其实这257个脚印化石分布在5层，其中80%在同一层）的脚印化石，几乎可以看做是同时保存，于是根据这些脚印化石我们就可以分析出一个族群在当时这个极短的时间窗口下的成员信息，包括人口数量和年龄组成，以及他们的身高等等，这就像一张照片一样，瞬间拍下了这个族群的样貌，在漫长的地质历史中保存这样的“瞬时”化石是十分难得的。八个脚印化石，其实除了257个脚印化石以外还有8个手印和6个动物足迹，图片来源：https://anthropology.net/

　　相关新闻和科普文章：法国勒罗泽市的英吉利海峡岸边发掘出257个约8万年前尼安德特人的脚印化石 - 新闻中心 - 化石网https://gizmodo.com/trove-of-neanderthal-footprints-provide-an-unprecedente-1838013247Hundreds of Ancient Footprints Reveal a Snapshot of Neanderthal Family Lifehttps://www.afp.com/en/news/826/following-neanderthals-footsteps-learn-how-they-lived-doc-1k56jj1https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-7444257/Neanderthal-footprint-discovery-sheds-new-light-social-groups.htmlhttps://www.abc.net.au/news/science/2019-09-10/fossil-footprints-made-by-neanderthal-children-in-france/11485942

　　文章标题：The composition of a Neandertal social group revealed by the hominin footprints at Le Rozel (Normandy, France)（法国诺曼底勒罗泽发现的人类脚印揭示了尼安德特人社会群体的组成）

　　文章链接：https://www.pnas.org/content/early/2019/09/06/1901789116

　　本次研究中人属成员的演化树以及头骨形态，红色的是推测的智人最近共同祖先的头骨的虚拟模型，图片来源：https://www.cnrs.fr/en/what-noggin-modern-humans-ancestor-would-have-looked

　　研究意义：解剖学意义上的智人（Homo sapiens）大约在30万年前起源于非洲，但是这个最早的智人到底起源于非洲的哪里？又长什么样子？非洲在50万年之后的人类化石比较稀少，迄今为止只发现了5个保存比较好的头骨化石，这使得通过化石记录来获取上述问题的答案变得十分困难。不过近日，法国科学研究中心和英国剑桥大学的科学家们在《Nature Communications》杂志上发表了文章，对这些问题予以解答。

　　他们收集了263个现代人以及古人类的头骨，这263个头骨属于29个不同的人群，其中245个属于非洲的桑人、俾格米人、澳大利亚的土著人、东南亚人、因纽特人等21个现代人群，18个属于能人、匠人、格鲁吉亚人、尼安德特人和早期的智人等8个化石人群。他们将这263个头骨进行3D建模，并将它们的头骨形态放在这些人类的系统发育树上，结果发现人类的头骨形态确实与其在系统发育树上的位置存在一定的关系，通过这种关系科学家们可以反推30万年前所有智人共同祖先的头骨形态。

　　在算出这个虚拟头骨的形态之后，科学家们将这个30万年前的虚拟头骨化石与另外5个中更新世晚期（距今13到35万年前，大约与智人的共同祖先存在于同时）的古人类（并不都是智人，形态分类学上存疑）头骨化石进行比较，发现我们的祖先可能是由南非与东非的人群混合而成的，而北非的古人类则可能后来迁徙到了欧洲融入到了当地的尼安德特人群体中并对那里尼安德特人的样貌产生了影响。同时这个头骨与10万年前的智人头骨化石在某些方面比较相似，比如头盖骨较圆、前额相对较高、眉脊和前脸略微外凸。

　　这篇研究还证实了一点，智人最初大规模走出非洲之后，只在澳大利亚有少量人留了下来，第二次的大规模走出非洲才让人类在欧洲、亚洲以及后来的美洲定居下来。用于比较研究的中更新晚期的非洲人类头骨化石与3D模型，图片修改自：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11213-w/figures/3

　　相关新闻：科学家虚拟重建史前时代人类头骨 系智人共同祖先现代人类最后共同祖先的虚拟头骨What noggin of modern humans’ ancestor would have looked likehttps://cosmosmagazine.com/palaeontology/an-ancestor-modern-in-many-wayshttps://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-7447521/Scientists-use-fossils-create-skull-model-common-ancestor-modern-humans.html

　　文章标题：Deciphering African late middle Pleistocene hominin diversity and the origin of our species（解读非洲中更新世晚期古人类的多样性以及我们这个物种的起源）

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11213-w

　　Tristychius arcuatus的复原图，它们口部前端的软骨限制了其口部能够张开的大小并使得口部呈环状，和今天的护士鲨比较相似，图片来源：https://news.uchicago.edu/story/3-d-reconstructions-show-how-ancient-sharks-found-alternative-way-feed

　　研究意义：吸食式取食在现生鱼类中很常见，一些硬骨鱼比如鲈鱼、鲤鱼还有软骨鱼中的护士鲨都会采用吸食式取食。对于辐鳍鱼类来说，吸食式取食是它们取得成功的关键之一。不过最近的研究发现，最早采用吸食式取食的鱼类竟然是软骨鱼，比化石记录中最早采用吸食式取食的硬骨鱼要早了5000万年。

　　鲨鱼的完整化石十分难得，大部分鲨鱼化石都是它们的牙齿或者鳍刺，这颗完整的Tristychius arcuatus头骨化石保存在苏格兰爱丁堡附近福斯湾的铁质结核里，使用常规方法打开结核来研究它十分困难，但是芝加哥大学的科学家们使用CT扫描以及3D建模技术，重建了3.35亿年前的鲨鱼Tristychius arcuatus的头骨模型，恢复了它的头骨结构以及头骨尤其是颌部的活动方式，从而理解了它的取食方式。

　　研究人员发现，这种鲨鱼的头骨结构可以很好地适应吸食式取食。吸食式取食的鱼类需要保证它们在张嘴的时能将水吸入，在闭嘴的时候又不会将水从嘴里排出，而是从后面的鳃将水滤出。吸水能力需要这些鱼类拥有灵活的颌弓和颌部关节，能够张大嘴保证口中的体积迅速变大从而一下子吸进许多水。今天的吸食式鱼类在这方面已经演化的十分完美了，但是谁能想到3.35亿年前的软骨鱼Tristychius 便已经有这样的取食装置了，它们同样能够保证在张开嘴的时候口中的体积迅速扩张而在闭上嘴的时候保证水不从前面流出而是从鳃滤出。更重要的是，它们口部的周围有一组软骨限制了它们嘴能张开的大小，从而控制了它们只能以吸取固定体积的水。

　　在当时大部分鲨鱼都使用和它们祖先一样的咬合式颌部取食的时候，Tristychius 已经走上了它自己的道路，它能够用它的吸食式取食器获取其他鲨鱼无法获取的食物，比如藏在洞穴中的动物以及成群的小虾和小鱼。其实这也是地球历史上五大灭绝事件之一泥盆纪后期灭绝事件之后鲨鱼大辐射的一个缩影，鲨鱼在这次大灭绝后发生了辐射演化，以适应各种空缺出的生态位，而吸食式取食就是其中之一。

　　Tristychius arcuatus大约有60厘米长，它们属于弓鲛目（Hybodontiformes），一类已经灭绝的鲨鱼，弓鲛目和现生鲨鱼拥有较近的亲缘关系，它们可能在泥盆纪早期与现生鲨鱼组成的类群分开，不过最早的化石记录还是在石炭纪，本文中的Tristychius arcuatus也算是弓鲛目最早的化石了。弓鲛目在海洋、淡水以及半咸水环境中都有存在，在白垩纪以及新生代它们仅存在于淡水中，因为此时它们已经竞争不过其他海水中的鲨鱼了，这也导致了它们在白垩纪晚期的衰败，最后的弓鲛目化石发现于斯里兰卡晚中新世（距今11.6-5.3百万年）的陆相地层中。芝加哥大学的科学家们使用CT扫描技术来获取Tristychius arcuatus化石的三维图像，而这块化石仍然保存在铁质结核里。研究者之后使用了3D建模软件重建了Tristychius arcuatus的头骨和颌部形态来了解头骨的结构以及活动方式 ，图片来源同上图。Tristychius 的吸食式取食方式的动画模拟，当它们张开嘴时能够产生吸力，将水吸入并在鳃后排掉，留下食物。图片来源：https://news.uchicago.edu/story/3-d-reconstructions-show-how-ancient-sharks-found-alternative-way-feed

　　相关新闻：https://news.uchicago.edu/story/3-d-reconstructions-show-how-ancient-sharks-found-alternative-way-feedhttps://www.sharkophile.com/2019/09/16/prehistoric-sharks-were-suckers-for-crustaceans/https://www.earth.com/news/ancient-sharks-feed/Reconstruction of Extinct Shark Shows Early Evolution of Suction Feeding

　　文章标题：High-performance suction feeding in an early elasmobranch（一种早期板鳃类的高效吸食性取食）

　　文章链接：https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaax2742