热点 前沿 生物

这只“大山鸡”可以帮我们解开恐龙演化成鸟的谜题

恐龙杂志 发表于  2017-05-08 19:10

(作者:余琮煜)恐龙的学名Dinosauria一词衍化自古希腊文“恐怖的蜥蜴”。自从1842年英国古生物学家理查·欧文用它来描述这种生物的时候起,人们心中的恐龙形象就是体覆鳞片状皮肤的大爬虫。直到1996年,中华龙鸟在中国辽西地区被发现,才终于颠覆了这一观念。人们开始发现满身绒毛的恐龙原来也能这么温顺可爱。

不过,对科学研究而言,恐龙长有羽毛的意义远不在于颠覆形象:鸟类的祖先确实长着原始羽毛,现代鸟类复杂的羽片可能就从这种纤维结构演化而来。这为鸟类起源于恐龙扣上了关键一环。而这次,徐星和同事们发现的腾氏嘉年华龙,无疑又为这一假说提供了关键性的证据

注视着恐龙的古生物学家徐星

徐星是果壳科学人的科学顾问,关于这位帅大叔,《自然》杂志曾经给过一个简短的评论:“徐革新了恐龙进化研究,帮助中国成为古生物学的动力室。他已经给60多个物种进行了命名,比今天其他任何一个在世的脊椎动物古生物学家所命名的都多,并且他今年(2012年)只有43岁。”

我国辽西地区可谓是中生代生物化石宝库,自1996年发现首只带羽毛的恐龙中华龙鸟(Sinosauropteryx)后,研究人员在此发现了大量珍稀的化石。其中,“带羽毛的恐龙”在辽西地区大量出现,年代跨越中侏罗世与早白垩世,既有体型娇小的寐龙(Mei long)和赫氏近鸟龙(Anchiornis huxleyi),也有华丽羽王龙(Yutyrannus huali)这样的庞然大物。根据目前发现的化石证据,普遍认为鸟类是由兽脚类恐龙(Theropoda)中的一个类群演化而来,在非鸟类恐龙(Non-avian dinosaur)中与现代鸟类亲缘关系最接近的是伤齿龙类(Troodontidae)或是由伤齿龙类与驰龙类(Dromaeosauridae)构成的单系群(Monophyletic group)。

就在今年5月2日,中国科学院古脊椎所研究员徐星,和香港大学Michael Pittman及其研究团队在《自然-通讯》报道了一种新伤齿龙——滕氏嘉年华龙Jianianhualong tengi)。该物种生活在距今大约1.21-1.25亿年的,早白垩世的中国辽西地区。和伤齿龙类中的其他物种一样,嘉年华龙具有较长的尾部和强壮的后肢。更为重要的是,在这具目前保存在大连星海自然博物馆的化石标本上,研究人员们观察到了清晰的羽毛痕迹和“模块式演化”的现象。

a. 腾氏嘉年华龙的化石照片;b. 根据化石描绘的腾氏嘉年华龙。图片来自:Xu, Currie, Pittman | 《自然-通讯》

自从1862年,在德国巴伐利亚发现始祖鸟(Archaepteryx)化石后,古生物学家们就热衷于寻找这些演化过程中“缺失的一环”,而大众也一直对这类“中间物种”的化石充满了兴趣。上世纪90年代以来,在我国辽西地区发现的大量带羽毛的恐龙化石,也引起了学界和公众对于恐龙这一话题的热情。

现在的观点认为,在飞鸟类恐龙向现代鸟类演化的过程中,经历了在前后肢均具有羽毛的“四翼阶段”。目前对于“四翼恐龙”的空气动力学研究主要建立在拥有四个翅膀的小盗龙(Microraptor)化石标本上。同时在前后肢具有羽毛痕迹的嘉年华龙是对恐龙演化的“四翼阶段”假说的有力证据。

化石宝库辽西地区,研究人员之前曾报道过4种伤齿龙类的物种,包括较为原始的寐龙(Mei long)和张氏中国猎龙(Sinovenator changii),年代更早的华美金凤鸟(Jinfengopteryx elegans),还有较为进步的巨齿曲鼻龙(Sinusonasus magnodens)。多种伤齿龙在辽西地区同时存在,暗示了在早白垩世的热河生物群,拥有较高的生物多样性。但在这些伤齿龙中,只有金凤鸟的化石标本保存了羽毛痕迹。

华美金凤鸟的复原艺术绘画,图片作者:John Conway

伤齿龙类这个大家族内,有不少成员的化石都具有羽毛痕迹,例如华美金凤鸟(Jinfengopteryx elegans), 赫氏近鸟龙(Anchiornis huxleyi)等。然而,最近的一些系统发育分析,对这些物种属于伤齿龙这个类群的观点提出了质疑,这些处于伤齿龙类演化树基干位置的物种,在将来可能被划出伤齿龙类。因此,在伤齿龙类演化树上 “位置稳定”的化石标本中寻找羽毛的痕迹,就成为判断伤齿龙类与鸟类亲缘关系的重要证据。此次报道的滕氏嘉年华龙便是首个具有羽毛痕迹,而且确认属于伤齿龙类的物种

a. 腾氏嘉年华龙的不对称尾羽化石;b. 根据化石样品绘制的尾羽。图片来自:Xu, Currie, Pittman | 《自然-通讯》

在滕氏嘉年华龙的尾部,科学家们观察到了非对称羽毛的痕迹。考虑到嘉年华龙生活在早白垩世,属于伤齿龙类中年代较早的成员,科学家们猜测可能在鸟类演化的早期就已经出现了非对称的羽毛,而且非对称羽毛是最先出现在尾部,之后再出现在动物的前后肢。但对嘉年华龙这一物种的空气动力学特性,还有待进一步的研究。

小盗龙的3D建模。小盗龙的前肢和后肢上都覆盖着长长的羽毛,这些羽毛呈现不对称的形状,说明它在空气动力学上,具有滑翔的能力。图片作者:David Krentz。

有趣的是,嘉年华龙化石标本上的许多特征,显示这种生物在演化上具有独特的性质。嘉年华龙的头部和后肢,具有很多仅出现在原始伤齿龙中的特征,但前肢和腰带部分,却具有很多仅出现在进步伤齿龙中的特征。与嘉年华龙相反,在之前报道的曲鼻龙标本中,头部形态特征接近于原始伤齿龙,腰带特征接近于进步伤齿龙。

因此,在伤齿龙这个类群生物的演化中,自然选择很可能是作用在“身体模块”上,而不是之前认为的单个特征上。也就是说,生物身体上各个(基于功能的)模块是演化的元件,组成这些元件的更小的单位“形态特征”不能作为演化上的独立单位。

伤齿龙类是兽脚类恐龙中,形态分异较小,包含物种也较少的一个类群,但即使这样,研究人员也从化石保存的形态特征中,观察到了“模块化演化”的现象。这说明在似鸟类恐龙向现代鸟类的演化过程里,可能经历了比之前我们猜测的,更多的“尝试”,鸟类动力飞行的起源过程,也可能比之前想象的更加有趣。

一百多年来,古生物学家们观察带羽恐龙化石的工具,始终停留在显微镜上。近年来,古生物学家采用激光激发荧光(Laser-stimulated fluorescence, LSF)来观察化石中羽毛痕迹的细节特征,并且在包括近鸟龙在内的一系列带羽毛恐龙上,观察到了更多的细节特征。在滕氏嘉年华龙身上,我们发现前肢、后肢、还有几乎贯穿全身的脊椎附近,都具有大片的羽毛。但遗憾的是,LSF这项新技术,并没有显示出化石保存的更多细节。

a. 腾氏嘉年华龙的尾羽化石;b. 尾羽的激光激发荧光(LSF)图。图片来自:Xu, Currie, Pittman | 《自然-通讯》

此次发现的新伤齿龙物种,佐证了动力飞行起源中的“四翼阶段”假说,也为现代鸟类起源中的演化规律提供了新观点。尽管我们现在还无法回答,似鸟类恐龙向现代鸟类演化过程中的所有难题,但毫无疑问,这是生物演化史上一次伟大的尝试,也是一条连接现代和远古年代的线索。

 

张开双翼,踏向星辰;

是你的选择。

星空浩渺,方知;

此处是你的归宿。

腾氏嘉年华龙的复原图。图片来自:Julius T. Csotonyi|《自然-通讯》

(编辑:婉珺、红色皇后)

 

参考文献:

  1. Xu, X. et al. Mosaic evolution in an asymmetrically feathered troodontid dinosaur with transitional features. Nat. Commun. 8, 14972 (2017).

显示所有评论

全部评论(23)
  • 1楼
    2017-05-08 20:21 光-0430

    又双叒叕是四翼恐龙

    [0] 评论
  • 2楼
    2017-05-08 22:36 在雨夜
    引用文章内容:比今天其他任何一个在世的脊椎动物古生物学家所命名的都多

    在世的三个字让谁吃了?

    [0] 评论
  • 3楼
    2017-05-09 09:09 大头米少

    那些体型较大的恐龙形象应该跟想象差异不大吧

    [0] 评论
  • 4楼
    2017-05-09 09:31 光-0430
    引用@大头米少 的话:那些体型较大的恐龙形象应该跟想象差异不大吧

    前几年我看了探索频道的恐龙革命,三观都粉碎了

    [0] 评论
  • 5楼
    2017-05-09 09:41 大头米少
    引用@光-1989 的话:前几年我看了探索频道的恐龙革命,三观都粉碎了

    那个没看过,这恐龙还革什么命?都是人在革恐龙的命吧

    [0] 评论
  • 6楼
    2017-05-09 10:43 光-0430
    引用@大头米少 的话:那个没看过,这恐龙还革什么命?都是人在革恐龙的命吧

    B站有

    [0] 评论
  • 7楼
    2017-05-09 10:54 毛骡 金属材料学博士

    我想知道,那些史前大公鸡为什么放弃了牙齿,演化出无法撕咬和咀嚼的喙。

    [0] 评论
  • 8楼
    2017-05-09 11:02 大头米少
    引用@毛骡 的话:我想知道,那些史前大公鸡为什么放弃了牙齿,演化出无法撕咬和咀嚼的喙。

    头部的重量减轻了,提升了飞行能力,生存机率更高

    [0] 评论
  • 9楼
    2017-05-09 11:43 毛骡 金属材料学博士
    引用@大头米少 的话:头部的重量减轻了,提升了飞行能力,生存机率更高

    为了减重,什么都能丢啊。

    [1] 评论
  • 10楼
    2017-05-09 12:06 天降龙虾
    引用@毛骡 的话:我想知道,那些史前大公鸡为什么放弃了牙齿,演化出无法撕咬和咀嚼的喙。

    你没被公鸡啄过吗?喙的杀伤力和攻击效果可不弱于牙齿。。。

    [0] 评论
  • 11楼
    2017-05-09 12:09 毛骡 金属材料学博士
    引用@天降龙虾 的话:你没被公鸡啄过吗?喙的杀伤力和攻击效果可不弱于牙齿。。。

    倒是没有被啄过,只是觉得,喙吃东西不太方便。不过也许是因为为了飞翔,放弃了前肢的爪击,反而演化出具有攻击力的喙,也说不定。

    [0] 评论
  • 12楼
    2017-05-09 14:39 天降龙虾
    引用@毛骡 的话:倒是没有被啄过,只是觉得,喙吃东西不太方便。不过也许是因为为了飞翔,放弃了前肢的爪击,反而演化出具有攻击力的喙,也说不定。

    可能喝水是不大方便,但吃东西是绝对方便的。。。。别说不能咀嚼啊,真正会咀嚼的动物其实没多少。。。

    [0] 评论
  • 13楼
    2017-05-09 15:02 大头米少
    引用@毛骡 的话:为了减重,什么都能丢啊。

    不丢的大概都已经挂了,所以其实没什么好犹豫的

    [0] 评论
  • 14楼
    2017-05-09 15:03 毛骡 金属材料学博士
    引用@天降龙虾 的话:可能喝水是不大方便,但吃东西是绝对方便的。。。。别说不能咀嚼啊,真正会咀嚼的动物其实没多少。。。

    不只是咀嚼,撕裂肌肉也很费劲,需要用到颈部力量。

    [0] 评论
  • 15楼
    2017-05-09 15:08 天降龙虾
    引用@毛骡 的话:不只是咀嚼,撕裂肌肉也很费劲,需要用到颈部力量。

    干嘛光颈部,整个上半身,甚至全身的力量都可以用上啊。。。你没见过鹰或者秃鹫撕肉的视频么?锋利的喙配合有力的爪,能很快把肉全撕下来。。。

    [1] 评论
  • 16楼
    2017-05-10 15:29 郎朗狼

    以后不能再叫恐龙了,应该叫各种鸡

    [0] 评论
  • 17楼
    2017-05-11 11:32 听雨

    会不会恐龙长羽毛跟哺乳动物长毛发一样是普遍现象,长鳞片的反而是稀少的?

    [0] 评论
  • 18楼
    2017-05-11 14:40 光-0430
    引用@听雨 的话:会不会恐龙长羽毛跟哺乳动物长毛发一样是普遍现象,长鳞片的反而是稀少的?

    似乎蜥脚类恐龙没有长羽毛的

    [0] 评论
  • 19楼
    2017-05-15 03:29 路小艾

    直到1996年,中华龙鸟在中国辽西地区被发现,才终于颠覆了这一观念。人们开始发现满身绒毛的恐龙原来也能这么温顺可爱。——不对啊,看到长毛的样子,觉得可爱可以理解,但为什么直接说温顺呢?样子可爱不一定温顺啊。

    [0] 评论
  • 20楼
    2017-05-16 21:27 可心树懒

    世界上的鸟类,都唱的是《中国心》。

    [0] 评论
  • 21楼
    2017-05-17 15:49 长坏了正在修复别着急
    引用@毛骡 的话:我想知道,那些史前大公鸡为什么放弃了牙齿,演化出无法撕咬和咀嚼的喙。

    小型虚骨龙的猎物基本就是昆虫和小型哺乳动物以及其他小型恐龙了,齿的撕咬和咀嚼功能不能帮助其渡过日渐寒冷的大灭绝,冗余结构少重量轻的喙则更利于飞行和体型小型化,就逐渐被保留下来了。其实有不少鸟类的喙里还是有齿庄结构的,并没有被完全退花掉。

    [0] 评论
  • 22楼
    2017-05-17 15:54 长坏了正在修复别着急
    引用@光-1989 的话:似乎蜥脚类恐龙没有长羽毛的

    兽脚类的羽毛在初期作用基本上是保暖,小型虚骨龙的飞羽和管状羽毛是为了增强跳跃和减轻体重;而蜥脚类恐龙作为食草类群体,更需要防护力强的甲片结构吧。。而且体型那么大,也不需要羽毛来增加弹跳滑翔能力。。。

    [0] 评论
  • 23楼
    2017-05-27 11:55 梦游侠
    引用@毛骡 的话:不只是咀嚼,撕裂肌肉也很费劲,需要用到颈部力量。

    这种大公鸡一般都有有胃石,根本就不需要咀嚼,现生的部分鸟类在进食时,都会吞入部分的沙石帮助消化

    (别人家的胃……..)


    来自 广告位招租
    [0] 评论

显示所有评论

你的评论

登录 发表评论

作者的其他文章

更多科研事,扫码早知道

关于我们 加入果壳 媒体报道 帮助中心 果壳活动 免责声明 联系我们 移动版 移动应用

©2017果壳网    京ICP证100430号    京网文[2015] 0609-239号    新出发京零字东150005号     京公网安备11010502007133号

违法和不良信息举报邮箱:jubao@guokr.com    举报电话:13691127034