角龙亚目体型宏进化趋势:系统发育比较方法揭示的生态约束与捕食策略演化

《BMC Ecology and Evolution》:Macroevolutionary trends in Ceratosauria body size: insights of phylogenetic comparative methods

【字体: 时间:2025年04月13日 来源:BMC Ecology and Evolution 2.3

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  本期推荐:研究团队通过系统发育比较方法(Phylogenetic Comparative Methods)解析角龙亚目(Ceratosauria)体型演化规律,发现晚白垩世阿贝力龙科(Abelisauridae)因特化捕食策略(SFB)导致体型进化受限,而西北阿根廷龙科(Noasauridae)则呈现体型减小趋势以避免生态位重叠。该研究为理解南美恐龙群落动态提供了关键证据,论文发表于《BMC Ecology and Evolution》。

  

在南美洲晚白垩世的地层中,角龙亚目恐龙展现出惊人的多样性,尤其是阿贝力龙科西北阿根廷龙科这两个主要类群。这些掠食者在体型上呈现出鲜明对比——阿贝力龙科成员如食肉牛龙(Carnotaurus)演化出夸张的头饰和短小的前肢,而西北阿根廷龙科如恶龙(Masiakasaurus)则发展出特化的齿列和小型化体型。长期以来对这两个类群体型分化的驱动因素存在争议:是遵循柯普法则(Cope's rule)的体型增大趋势,还是生态压力导致的特化适应?更关键的是,在顶级掠食者鲨齿龙科(Carcharodontosauridae)灭绝后,为何阿贝力龙科未能占据其生态位?这些谜题亟待通过现代系统发育比较方法解答。

阿根廷巴塔哥尼亚古生物学研究所的Enzo E. Seculi Pereyra团队在《BMC Ecology and Evolution》发表的研究,首次整合生态、系统发育和形态特征等多维数据,通过两种拓扑结构(最大简约法MP和贝叶斯定年法BY)重建角龙亚目体型演化轨迹。研究创新性地将捕食策略分为特化(SFB)与泛化(GFB),结合头骨装饰特征和分类单元划分,运用时间校准系统树、表型进化模型和差异度分析等前沿方法,揭示了生态约束在恐龙体型演化中的核心作用。

关键技术方法包括:1)基于化石记录的体型数据标准化处理,采用Grillo-Delcourt公式补充物种;2)构建MP和BY两种系统发育拓扑并进行时间校准;3)应用系统发育方差分析(Phylogenetic ANOVA)和线性回归模型(PLRM)比较分类单元、头骨装饰和生态因素对体型的影响;4)通过差异度时序分析(DTT)和布朗运动模型(BMM)量化进化速率;5)使用OUwie软件包拟合5种表型进化模型。

研究结果部分,"角龙亚目体型长度演化趋势"显示:晚白垩世阿贝力龙科维持中等体型(5.4±1.29 m),最大个体 Pycnonemosaurus仅达9 m,而西北阿根廷龙科呈现系统发育减小趋势,如恶龙体长不足2 m。表型进化树显示两者演化轨迹显著分离。"体型差异度时序分析"揭示白垩纪角龙亚目形态差异度(DTT)持续降低,尤其在晚白垩世趋近零值,表明阿贝力龙科占据狭窄的生态位空间。"系统发育线性回归模型"证实特化捕食策略(SFB)是解释体型差异的最佳因子(AICw=0.657),显著优于分类单元(PG)或头骨装饰(Orn)因素。

"进化模型拟合"部分发现:布朗运动双速率模型(BMM)最优支持特化类群进化速率(σ2=0.016)显著低于泛化类群(σ2=0.041)。参数自举检验显示观测值落入95%置信区间,验证了模型可靠性。这一结果暗示特化捕食策略导致进化约束,而泛化类群保持较高表型可塑性。

结论部分指出三个突破性发现:首先,晚白垩世阿贝力龙科并未遵循"周期性柯普法则",其体型增长受限于短距离冲刺的捕食方式(cursorial ability)和头骨主导的猎杀策略,这解释了为何在鲨齿龙科灭绝后它们未能演化出巨型体型。其次,西北阿根廷龙科通过体型减小实现生态位分区,符合罗伊提出的"逆向柯普法则",其缓慢生长速率和泛食性适应(如恶龙齿列)支持这一假说。最后,南美恐龙群落展现出独特的宏进化模式——形态差异度低但生态策略分化显著,这与北半球暴龙超科(Tyrannosauroidea)的演化轨迹形成鲜明对比。

该研究为理解白垩纪陆地生态系统提供了新范式:捕食策略而非单纯的系统发育历史或性选择驱动了角龙亚目的体型分化。未来研究需结合过程驱动的群落进化模型(process-based community-evolution model),进一步揭示南美恐龙在板块隔离条件下的独特适应辐射。论文建立的综合分析框架,也为研究其他灭绝生物群的表型演化提供了方法论模板。

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