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调查揭示恐龙家族大多为鳞状皮肤

发布时间:2019-10-14 08:42编辑:科技研发浏览(59)

    羽毛是个意外而非规则 调查揭示恐龙家族大多为鳞状皮肤

    出品|网易科学人栏目组 卡麦拉

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    鸟类进化的故事充满了曲折,但正是这些转变和发现继续改写着历史。澳大利亚弗林德斯大学脊椎动物古生物学副教授保罗·威利斯将详细讲解鸟类进化历程,揭晓恐龙如何变成了鸟类。

    生活在晚白垩世的三角龙与大多数恐龙一样,长着没有羽毛的鳞状皮肤。

    经过长达20年的苦苦思索,达尔文终于在1859年发表了自己的生物进化理论《物种起源》,英国博物学家、教育家托马斯·亨利·赫胥黎是达尔文进化论的杰出代表,也被称为“达尔文的斗牛犬”,他极力捍卫达尔文进化理论。为了做到这一点,赫胥黎迫切需要“缺失环节”的化石证据来证明动物是如何从一支物种过渡到另一支物种,达尔文也猜测存在这一进化历程,但遗憾的是他们均缺少相应证据。

    图片来源:Getty Images

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    本报讯 鸟类是由恐龙进化而来的,而恐龙化石上经常也会覆盖着羽毛的痕迹,这让一些古生物学家怀疑,羽毛是否是在恐龙的历史中早就出现的一个共同特征。如今,一个研究小组通过对全部的恐龙家谱进行研究后认为,这种想法不靠谱。

    仅仅是两年之后,在德国巴伐利亚州侏罗纪时期的石灰岩矿床上发现一块接近完美的始祖鸟化石,它有像刀刃一样的锯齿状牙齿,骨架和头盖骨上还有一些特征,表明它曾是一种食肉类恐龙。但是这只乌鸦大小的标本化石上却覆盖了类似鸟类羽毛的印记,对于赫胥黎而言,这是一个过渡形态生物标本:一只恐龙正在进化转变为一只鸟。德国专家称这个标本为“Urvogel”,它是第一种鸟类。

    古生物学家大约在20年前就已知道兽脚类恐龙在其历史的早期阶段覆盖着羽毛状结构。兽脚类是包括霸王龙和迅猛龙在内的一类恐龙,而现代鸟类很可能就是由它们进化而来的。

    始祖鸟的发现对于赫胥黎十分重要,这意味着一场羽毛革命的开始。始祖鸟的羽毛印记可能改变了19世纪的“科学游戏规则”,但是这些羽毛只是刚开始颠覆当时的进化范式。

    相比之下,鸟臀目恐龙——包括三角龙、剑龙和甲龙——以及蜥脚类恐龙中长脖子的巨型恐龙却一直被认为浑身覆盖着鳞片,这类似于现代的爬行动物。事实上,所有的证据都指向这一方向,直至2002年,科学家在一些鸟臀目恐龙的皮肤中发现了长丝状的结构。这也就导致了一种推测,即羽毛一样的结构对于所有恐龙而言是一种祖传特征。

    137年过去了,带有羽毛的“恐龙化石”新发现继续改写着科教书内容,不仅是关于鸟类的起源,而且贯穿了整个恐龙家族的进化历程。

    为了对此有进一步的了解,英国伦敦自然历史博物馆的古生物学家Paul Barrett和加拿大多伦多皇家安大略博物馆的古生物学家David Evans,创建了一个有关所有恐龙皮肤组织印迹的数据库。研究人员随后鉴定了那些具有羽毛或羽毛样结构的化石,并考虑了其在恐龙家族中的关系。

    古生物学家试图追溯鸟类进化的轨迹,这就形成了一个充满迂回曲折的有趣故事。首先,始祖鸟并没有完全解决鸟类起源的问题,在20世纪早期,赫胥黎认为鸟类是食肉恐龙的后代,特别是鸟类源自兽脚亚目恐龙的观点已明显不受欢迎。

    Barrett在日前于美国洛杉矶召开的古脊椎动物学会年会上表示,这一结果意味着,尽管一些鸟臀目恐龙——例如鹦鹉嘴龙和天宇龙——在其皮肤中具有羽茎或细丝,但绝大多数恐龙却生有鳞片或甲片。而在蜥脚类恐龙中,鳞片也是很常见的“装备”。

    这个理论存在一个问题是兽脚亚目恐龙的骨骼缺少鸟类解剖学的一个关键部分——叉骨。它的作用就像一个协助飞行的弹簧,由两根锁骨融合而成。因此,在20世纪上半叶,人们一直在寻找鸟类的非恐龙祖先。

    “我甚至认为,所有恐龙都具有某种遗传特质,使得它们的皮肤很容易萌发细丝、羽茎,甚至羽毛。”Barrett说,“但是考虑到鳞片贯穿在恐龙家族中是如此地普遍,它依然看起来像是恐龙的祖传特征。”

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    并未参与该项研究的英国伯明翰大学古生物学家Richard Butler指出,这一发现“为我们当中热捧恐龙最初覆盖着羽毛的科学家提供了一个有价值的现状核实”。

    美国古生物学家约翰·奥斯特罗姆对鸟类进化故事增加了新的转折。他通过展示来自蒙大拿州荒地挖掘的兽脚亚目恐爪龙骨骼与始祖鸟之间的相似处,进一步支持了赫胥黎的理论。他能够证明恐爪龙和其它兽脚亚目恐龙都的确存在一个叉骨,之前它被误认为是额外的腹肋骨。更令人感到兴奋的是,两个锁骨的结合显然发生在兽脚亚目恐龙进化形成飞行能力之前。

    尽管如此,Butler指出,该研究结果并不是一成不变的。“我们还没有在晚三叠纪和早侏罗纪时期的原始恐龙中发现保存完好的皮肤或羽毛印迹。”他说,“如果我们开始在其中寻找生有羽毛的早期恐龙,这幅图景将迅速被改变。”

    但是羽毛提供了最后确凿的证据,显示鸟类是从恐龙进化而来。20世纪90年代初,研究人员开始挖掘从侏罗纪晚期至白垩纪早期多种生物的骨骼化石。

    有羽毛恐龙对于很多古生物学家而言,是恐龙和鸟之间的过渡物种,例如在中国热河组发现的中国鸟龙、尾羽龙和小盗龙。古代鸟类,例如始祖鸟和孔子鸟,有着很多恐龙的特征,如嘴部的牙齿,手指上的爪,后者的双颞孔型头骨。许多年以来,鸟类被认为是演化自前肢小、 主要用后肢行走的兽脚亚目食肉恐龙。但直到20世纪90年代晚期发现有羽毛恐龙的化石时,才证明两者之间的关联,但仍不确定这些物种在演化树上的关系。大部分的有羽毛恐龙被发现于中国义县组。在1999年,沙漠鸟面龙的标本被检验出含有角蛋白,是构成鸟类羽毛的主要蛋白质。

    这些恐龙骨骼化石来自于中国辽宁省,但与大多数恐龙骨骼不同的是,它们的软组织仍然保存完好。1996年,辽宁省沉积岩中发现首个长羽毛的恐龙骨骼化石,这是体长1.5米的兽脚亚目恐龙——中华鸟龙,虽然它没有翅膀,但是肢体上覆盖着羽毛般的绒毛。

    《中国科学报》 (2013-12-30 第2版 国际)

    从那以后,在中国辽宁省和世界其它一些地区,相继发现一些独特的有羽毛小型恐龙,这些恐龙描绘了从覆盖着绒毛的食肉兽脚亚目恐龙至完全覆盖羽毛有翼鸟类的每一个进化步骤。

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    这种进化转变并非直线路径,而是复杂的迷宫路线,有许多通向“死胡同”的进化路径。现在也很清楚始祖鸟并不是第一个类鸟恐龙物种,该头衔应该授予郑氏晓廷龙,这种恐龙的骨骼化石是2011年在辽宁省挖掘发现的,初步估计郑氏晓廷龙比目前发现的10多个始祖鸟化石标本至少要早500万年。郑氏晓廷龙展示了一些鸟类的原始特征,例如:每只脚的第二个脚趾有一个镰刀状杀戮猎物的爪子,这种类型的爪子出现在科幻电影《侏罗纪公园》中描绘的凶猛迅猛龙身体上。电影中的恐爪龙与真实恐龙一样大小,而真正的迅猛龙只有恐爪龙体形一半。

    郑氏晓廷龙不仅身体长有绒毛,而且还有能够滑翔飞行的有羽翅膀,这可能是恐龙朝向完全有飞行能力恐龙过渡的中间环节。虽然郑氏晓廷龙只有一组翅膀,但是其它滑翔鸟类,例如:稍年轻的小盗龙则形成两组翅膀。实际上,它们的外观和功能就像双翼飞机的机翼,后方一组翅膀位于前方一组翅膀之下,起到避免湍流的作用。其它一些小型原始鸟类型恐龙在后肢上长出细长羽毛,但是大多数情况下,这些羽毛似乎是装饰性,而不具有飞行作用。

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    但似乎恐龙的飞行实验并不局限于羽毛,2015年,考古学家发现一种非常奇特的兽脚亚目恐龙“奇翼龙”,它与原始鸟类的关系较为疏远。它们的骨骼化石挖掘于与辽宁省交界的河北省境内,其历史可追溯至1.6亿年前,体形大小相当于一只小型矮脚鸡,体重大约380克。

    奇翼龙的独特之处在于它的骨骼前端对皮肤和羽毛具有特殊保护作用,与它的近亲物种一样,它们第三脚趾也很长,是从腕骨延伸出来的一根骨骼。

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