数百万年来，进化帮助动物从海洋生活过渡到陆地生活。然而，这个过程并不总是单向的。许多物种最终再次回到水中，发展出新的适应特征，使它们能够在水环境中繁衍生存。数十个主要的哺乳动物和爬行动物群体都经历了这一显著的进化逆转。现在，耶鲁大学的一项新研究揭秘了这些转变发生的时间和方式，以及哪些古代动物完全变为水生，哪些则继续依赖陆地。研究结果发表在《当前生物学》期刊上。"这些二次水生的群体以惊人相似的方式适应了它们的新水生栖息地，进化出了鳍状肢和其他一系列使它们成为更好游泳者的特征，" 研究的主要作者凯勒布·戈登说，他在今年早些时候完成了耶鲁大学研究生院的博士学位，现在是佛罗里达自然历史博物馆的博士后研究员。"因此，它们成为了趋同进化的教科书例子，这能告诉我们许多关于推动和限制适应性变化的过程，响应相似环境线索。" 使用古代化石和人工智能重建进化 为了研究这些进化变化，研究人员检查了耶鲁皮博迪博物馆和全球几十个其他机构中保存的数百个化石和现代标本。他们收集了大量新数据，包括测量（超过11000个）、照片和CT扫描。研究小组将传统的古生物学技术与考虑进化关系的机器学习模型结合起来。他们还融入了二战期间海军使用的统计方法。这些方法共同提供了一种新的方式来研究脊椎动物进化史中最显著的转变之一。"以科学严谨的方式重建灭绝生命形式的生活，而不是单纯讲述故事，是一项精确而微妙的工作，" 研究的高级作者巴特-安詹·布哈拉说。布哈拉是耶鲁大学文理学院地球与行星科学的副教授，同时也是皮博迪博物馆脊椎动物古生物学和脊椎动物动物学的副策展人。他说："这需要对现代生物的数据进行仔细交织，我们对这些生物的理解必然更深，以及对这些生物在相对于化石形式的谱系的知识。" "凯勒布的工作完成了这一切，甚至更多，并且在一个宏大的进化规模上。" 几十年来，科学家们对特定史前动物群体何时完全适应水下生活存在分歧。化石记录通常提供不完整或矛盾的线索，难以确定一个灭绝物种主要是生活在陆地、水中，还是两者兼而有之。有些骨骼特征可能表明水生生活方式，而其他特征则暗示同一种动物仍然能够在陆地上移动和觅食。这些矛盾导致研究人员对古代物种的行为得出不同的结论。"在这些情况下，古生物学家通常会陷入困境，因为不同的证据链对古代动物的特征存在分歧，"戈登说。为了应对这种不确定性，戈登开发了一种方法，利用相对简单但有效的机器学习模型，以在世动物为样本进行训练。通过识别骨骼比例与已知生活方式之间的关系，模型可以估计灭绝物种如何使用水域环境。它们还可以预测软组织适应，包括在化石中很少存活的游泳结构。 尖齿龙可能大部分生活在水下 其中一个最显著的发现涉及尖齿龙，这种巨型史前恐龙与水的关系引起了相当大的争议。尖齿龙生活在大约1.13亿到9400万年前的现在北非地区。尽管科学家们普遍认为它与水生环境相关，但它到底如何移动、狩猎和度过时间仍然是一个争论的主题。一些证据指出这种动物经常沉入水中，像海豹或企鹅一样追捕猎物。其他发现则表明它更像现代苍鹭，沿着海岸线和浅水区行走和寻找食物。耶鲁团队的分析为更水生的解释提供了新的支持。"我们的结果揭示了尖齿龙在水下停留的时间，这可能支持水下狩猎的观点，"戈登说。"我们相信尖齿龙有着高度水生的习性，表明它在水中大部分时间都处于淹没状态。"