三尖叉齿兽(Thrinaxodon)，一种兽孔目动物，与今天的哺乳动物有亲缘关系。
蝙蝠会飞，鲸鱼会游泳，长臂猿会在树与树之间荡来荡去，人类会敲击手机——哺乳动物对不同栖息地的适应和多种多样的生活方式依赖于我们独特的前肢。没有其他脊椎动物类群进化出了如此多不同种类的手臂——相反，所有的鸟类都有翅膀，几乎所有的蜥蜴都用四肢行走。正因如此，前肢成为了让哺乳动物如此特别的重要原因之一。近日，在《美国国家科学院院刊》上发表的一项新研究中，科学家们发现，我们早期的“亲戚”在2.7亿年前就已经开始进化出各种各样的前肢——比恐龙的出现早了整整3000万年。
“除了皮毛，多样化的前肢形状是哺乳动物最具标志性的特征之一。”论文的第一作者Jacqueline Lungmus说，她是芝加哥菲尔德博物馆(Chicago’s Field Museum)的研究助理，也是芝加哥大学(University of Chicago)的博士生。“我们试图弄清楚这是从哪里来的，是一种近期才出现的特征，还是从一开始就属于哺乳动物的特殊之处。”为了确定现今哺乳动物前臂的起源， Lungmus和她的合著者、菲尔德博物馆馆长Ken Angielczyk研究了哺乳动物远古亲属的化石。
大约3.12亿年前，生活在陆地上的脊椎动物分为两类:蜥形类动物(包括恐龙、鸟类、鳄鱼和蜥蜴)以及合弓类动物(哺乳动物为其中的一支)。蜥形类动物(sauropsids)和合弓类动物(synapsids)之间的一个关键区别是它们的头骨上上下颌肌肉连接处的开口模式。虽然最早的合弓类动物，被称为盘龙目动物(pelycosaurus)，与人类的关系比与恐龙的关系更密切，但它们看起来更像笨重的爬行动物。Angielczyk说:“如果你看到一只盘龙目动物在街上走，你不会觉得它像一只哺乳动物——你会说，‘这是一只看起来很奇怪的鳄鱼。’”
然而，大约两亿七千万年前，哺乳动物的族谱中出现了一个更多样化的(有时是毛茸茸的)谱系:兽孔目动物(therapsids)。“现代哺乳动物是唯一幸存的兽孔目动物。”Lungmus解释说。兽孔目动物是我们家族中第一个真正的分支——不像盘龙目动物那样长得类似鳄鱼，兽孔目动物包括轻盈的食肉动物、全副武装的穴居动物和树栖食草动物。
Lungmus和Angielczyk开始研究这种多样性的爆发是否伴随着不同前肢形状的相应爆发。Lungmus说:“这是第一个对大量哺乳动物进行前肢形状量化的研究。”研究小组检查了数百个化石标本(这些标本代表着73种盘龙目动物和兽孔目动物)的上臂骨，并在上臂骨与肩膀和肘部连接处附近进行了测量。之后，他们用一种叫做几何形态学的技术分析了骨头的形状。
7种早期哺乳动物的上臂骨照片。左边的三块骨头来自早期的盘龙目动物，骨头的形状大致相同。右边的骨头来自兽孔目动物，包括今天的哺乳动物，它们显示出更大的形状和尺寸差异。黑色的标尺代表2cm。
当比较臂骨的形状时，研究人员发现兽孔目动物的骨骼变化比盘龙目动物更多。他们还注意到，兽孔目动物的上臂骨靠近肩膀的那部分尤其多样——这一特征让它们能够更自由地活动，而盘龙目动物庞大而紧密的肩关节则可能限制了它们的活动范围。
Lungmus和Angielczyk发现，在2.7亿年前，兽孔目动物中进化出了各种各样不同的前肢形状。Lungmus说:“兽孔目动物是第一类增加前肢可变性的合弓类动物——这项研究戏剧性地将这种特征的出现时间向前推进了。”在这项研究之前，古生物学家最早能够将哺乳动物前肢多样性的出现时间追溯到1.6亿年前。
蛇齿龙(Ophiacodon)，一种早期哺乳动物的近亲。
Angielczyk说:“我们每天所做的很多事情都与前肢的进化方式有关，甚至是握着手机这样简单的事情。”“这是我们进化谱系中很酷的一点，”Lungmus说，“这些动物和我们属于同一个群体，这项研究引人注目的部分原因是，它们是我们的亲戚。”
