经常讲述鳄鱼的故事是，它们是地球上最完美适应的生物之一 - 活化石几百万年来几乎没有变化。

现实更有趣。

在他们的进化历史中，鳄鱼，短吻鳄和他们的亲属反复进化出相似的成年头骨形状以响应饮食专长：吃鱼的长嘴;对于更难捕食的短鼻子;适合大型猎物的温和鼻子。

但是如何产生这种大规模的融合？

由有机和进化生物学副教授Stephanie Pierce和研究生Zachary Morris领导的研究旨在通过比较胚胎发育与所有活鳄鱼种类的后期生长来解决这个问题。他们的工作表明，今天发现的头骨形状的多样性是通过改变进化过程中的发育模式来实现的。这项研究发表在2月20日发表在“皇家学会学报B”上的论文中。

这项工作是与伦敦帝国理工学院的Arkhat Abzhanov和佛罗里达大学的Kent Vliet合作完成的。

“这项研究只是鳄鱼进化的一个快照，”皮尔斯说。“但这表明他们一直在修改他们的发展战略，以适应他们的环境，所以他们可以尽可能地成功。”

皮尔斯和莫里斯说，这种成功部分归功于他们惊人的可塑性。

莫里斯说：“人们常常认为鳄鱼在时间上没有变化。”“但我们的分析反而表明他们已经发展出一个非常灵活的开发工具包......因此，如果有足够的时间和选择压力，他们就能够改变发展的速度和时间，从而导致生态上不同的形式，包括长，短和中等的口吻形状”

莫里斯说，重要的是，这些一般形状并不仅限于活鳄鱼 - 它们在化石记录中已经多次独立进化。

皮尔斯说：“有很多融合并没有得到最初的赞赏。”“在过去，头骨的形状被用来指定进化关系，所以如果一只动物是短暂的，它与所有其他短的鼻子物种有关。但是通过现代分析，我们已经能够确定许多具有相似形状的鼻子的动物实际上并不相互关联。相同的鼻子形状的独立获取可能是由于具有相似的生态压力，例如吃类似的食物。

无论这些压力是什么，莫里斯说，成人头骨形状的相似性必须通过头骨的发育模式和生长的变化来支撑。

莫里斯说：“从一般意义上讲，我们知道鳄鱼与鳄鱼或矮小的非洲鳄鱼不同的重要组成部分与个体发育，胚胎发育和孵化后生长的变化有关。”“鉴于这些不同的形式已经多次独立演化，我们有机会看到这些形状的演变是否存在基本机制。”

从本质上讲，皮尔斯说，这是她和莫里斯在论文中提出要回答的问题 - 各种鳄鱼物种为实现成人形式所采用的个体发生途径是否彼此相似或不同。

“我们想要了解的是鳄鱼是如何做到的 - 它们如何像成年人一样，在这些相同的形状上融合?它们是在胚胎发育的早期阶段做到的，还是在以后发生的?”

为了解决这些问题，Morris CT扫描了数十只鳄鱼胚胎，拍摄了在全球各地博物馆中拍摄的孵化后标本，并在特定位置对每个头骨进行了标记，以便跟踪它们的形状在发育过程中如何变化。

“理解如何做到这一点并不是一件微不足道的事情，因为在最年轻的胚胎标本中，它们只有非常细小的骨头夹板。”莫里斯说。

最终，莫里斯能够识别每个标本的标志，并跟踪它们如何通过胚胎发育和成年期的变化而变化。

“我们发现的一个非常有趣的结果是，除了两种最极端的短鼻子形态之外，所有其他鳄鱼都是从相同的胚胎起点开始的，”莫里斯说。“作为成年人，他们能够在同一起点上制造出各种功能不同的形状。”

虽然大多数鳄鱼采取非常相似的路径来达到成人的形状，但研究发现其他鳄鱼采取截然不同的方式。

“我们发现，短形式的个体发育轨迹基本上是相同的，”莫里斯说。“但对于长时间流行的形式来说，情况并非如此。他们的成年人形状非常相似，但他们有非常非常不同的方式。”

皮尔斯和莫里斯将他们的分析更进了一步 - 他们利用活鳄鱼的个体发育轨迹来回溯一段时间来研究现代鳄鱼最后共同祖先的发育模式。

“我们有关于这些活体动物如何发育的数据，因此我们认为，'基于它们的进化关系，让我们重建它们的祖先是如何发展的'，”皮尔斯说。“然后让我们用它来了解活体动物如何获得它们的个体发育轨迹......以及它们如何略微改变它们的发育策略，最终以它们的长或短的鼻子结束。”

莫里斯说，这种分析表明，祖先的鳄鱼很可能是温和的鼻子，类似于今天发现的通用鳄鱼。

“所以真正有趣的是，如果祖先的轨迹类似于广义的鳄鱼，那么沿着进化分支的某个地方导致短期和长期的形式，必然会有发展模式的变化。”莫里斯说。

“令人兴奋的是，”皮尔斯继续说道，“我们能够证明，短吻的物种以类似的方式减缓了祖先鳄鱼的发育速度，而长鼻子物种要么加速发育，要么开始用更长的鼻子作为胚胎。 ，在进化过程中略微调高或降低发展的速度和时间，导致我们今天看到的颅骨形状多样化。“

展望未来，皮尔斯和莫里斯计划扩大他们的研究，作为了解整个鳄鱼系的演变的一部分，并继续研究现代鳄鱼的胚胎发育，目的是确定颅骨形状变化的基因线索。

“重要的是确定现代鳄鱼如何在胚胎上产生它们的头骨形状，因此我们可以从它们中推断并与我们在化石记录中看到的模式进行比较，”莫里斯说。“但我们也想看看我们是否可以将这些变化与特定的遗传机制联系起来，这样我们就可以了解产生这些融合模式的更广泛的进化机制。”

该研究得到了哈佛大学有机与进化生物学系，脊椎动物古生物学学会木材奖和国家科学基金会的资助。