2025年12月，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所王海冰及其团队，与德国波恩大学、芬兰赫尔辛基大学、美国自然历史博物馆、成都理工大学等单位合作在Nature Index期刊《Proceedings of the Royal Society B》发表早期兽类演化的研究成果。团队基于高精度CT扫描，对我国辽宁省北票市上园镇早白垩世热河生物群义县组陆家屯层发现的原始真兽类——燕子沟无矢脊兽（Acristatherium yanense）进行新研究，在新的系统发育框架下重建早期兽类牙齿齿式演化，结合古生物和发育生物学证据，提出了真兽-后兽类牙齿齿式演化分异新假说。
兽类（真兽类和后兽类）构成了现代哺乳动物主体，其起源可追溯到晚中生代。尽管兽类两个支系的现生物种差别明显，真兽类（有胎盘类及其近亲）和后兽类（有袋类及其近亲）的起源和早期演化备受关注但充满挑战。团队对无矢脊兽的头骨标本进行高精度CT扫描，重新研究了头骨、牙齿、下颌形态，新的系统发育研究结果显示，无矢脊兽代表了目前已知最基干的真兽类，为讨论真兽类起源提供重要证据。近年来冀北、辽西地区燕辽、热河生物群核心地区的地层学研究及高精度年代学研究进展为该地区生物地层学对比提供了更为系统和精确的年代学框架。陆家屯层是义县组最下部的脊椎动物化石层，无矢脊兽在形态上和地层层序上都代表了热河生物群中最早演化分异的真兽类。
图1. 无矢脊兽正型标本（IVPP V15004）
与爬行动物不同，哺乳动物的起源伴随着二出齿及异型齿的出现，即门齿、犬齿、前臼齿替换一次，臼齿不替换。在早期哺乳动物演化中，牙齿形态分异和替换模式都与上下牙齿的精准咬合密切相关，牙齿系统不仅直接反映食性等生态习性的差别，更重要是在研究高阶元系统发育中举足轻重的作用,长期以来都是讨论哺乳动物演化的核心系统。尽管我们无法从化石记录中直接观察到真兽、后兽类在生理、生殖等方面的差异，但兽类牙齿系统特征是讨论该类群的演化分异的核心内容。对颊齿而言，有胎盘类的基础齿式为4枚前臼齿和3枚臼齿（4P3M），有袋类的基础齿式为3枚前臼齿和4枚臼齿（3P4M）。早期研究认为真兽、后兽类祖先状态分别与二者相似；热河生物群中保存完整的早期真兽类化石发现支持真兽类祖先的牙齿齿式为5P3M；在后兽类中，目前确凿无疑的后兽类早期代表已经演化出3P4M齿式。与此同时，目前较为流行的假说认为兽类共同祖先的牙齿齿式与真兽类一致（5P3M），在真兽-后兽演化分异过程中，后兽类第一枚臼齿（M1）与真兽类最后一枚前臼齿的乳齿（dP5）同源。
图2. 早期兽类臼齿齿式祖先状态重建
在现代兽类演化中，一个普遍的观察是，牙齿数量减少比增加更加常见，但牙齿的替换模式与齿位的对应关系相对稳定。牙齿齿位、形态和数量对于讨论真兽-后兽类起源是决定性的，但一直缺乏系统的定量研究。基于最新的系统发育树，团队对早期兽类的牙齿齿式进行祖先状态重建，结果显示兽类（5P4M）、真兽类（5P3M）、后兽类（3P4M）三个节点的齿式各异，与目前较为流行的假说不同。在此基础上，团队结合最新的哺乳动物牙齿演化发育证据提出的牙齿齿级（tooth class）发育及演化独立性，即前臼齿和臼齿源自于两个相对独立的发育中心，进一步建立兽类演化分异的新方案——“前臼齿-臼齿独立演化” 假说：在兽类早期分化过程中，与其祖先相比，真兽类丢失了最后侧一枚臼齿，保持前臼齿数量不变；后兽类保持臼齿数量不变，但在丢失了前侧的两枚前臼齿。
图3. 真兽-后兽类牙齿演化新假说
在哺乳动物演化过程中，牙齿系统在牙齿数量、齿式、齿尖结构及替换模式呈现出不同的特征组合，显示出高度多样化的演化实验。团队的新发现也为探讨真兽-后兽类起源阶段的生理、生态、生殖等特征的演化路径提供了重要参考。
本研究得到国家自然科学基金卓越创新研究群体项目，中国科学院青年创新促进会的支持。
图4. 无矢脊兽生态复原图
