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Nature: 鸟类起源研究获重要成果

标签:鸟类 翅膀
摘要 : 鸟类及其恐龙近亲的翅膀拥有一个共同特点:片状飞羽是其关键组分,但珍藏于山东天宇自然博物馆的一件来自我国河北青龙县侏罗系地层的化石发现挑战了这一认知。4月30日在线出版的英国《自然》杂志上,由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星和临沂大学教授郑晓廷带领的一个科研团队报道了一种生活于约1.6亿年前的具有类似蝙蝠翅膀的小型恐龙,对了解恐龙形态差异性和鸟类飞行起源研究具有重要意义,代表我国学者在鸟类起源研究方向取得的又一项重要成果。

鸟类及其恐龙近亲的翅膀拥有一个共同特点:片状飞羽是其关键组分,但珍藏于山东天宇自然博物馆的一件来自我国河北青龙县侏罗系地层的化石发现挑战了这一认知。4月30日在线出版的英国《自然》杂志上,由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星和临沂大学教授郑晓廷带领的一个科研团队报道了一种生活于约1.6亿年前的具有类似蝙蝠翅膀的小型恐龙,对了解恐龙形态差异性和鸟类飞行起源研究具有重要意义,代表我国学者在鸟类起源研究方向取得的又一项重要成果。

这种被命名为奇翼龙的小型恐龙属于一个名叫擅攀鸟龙类的恐龙类群,这一类群与鸟类亲缘关系非常近,但长相奇特,有着短粗的头,手部外侧手指极长,尤其是其僵硬的羽毛呈丝状,更接近原始羽毛,而不像其他似鸟恐龙和鸟类拥有的片状羽毛。最奇特的是奇翼龙腕部的一个棒状长骨结构,类似结构从来没有在其他恐龙当中发现过,但却在一些会飞的四足动物的腕部,或者肘部,或者踝部附近存在,这些动物包括蝙蝠、翼龙和鼯鼠等,奇翼龙腕部的棒状结构和日本鼯鼠腕部长着的棒状结构尤其相像。在所有这些动物中,这种棒状结构都支撑着翼膜,用于飞行或者滑翔。在奇翼龙标本上,研究者确实也在棒状结构和手指附近发现了残缺翼膜。这意味着奇翼龙有着和鸟类及其恐龙近亲完全不同的翅膀,它的翅膀像蝙蝠和其他会飞的四足动物一样,主要由翼膜构成,而不是像鸟类及其近亲那样主要由羽毛构成。

徐星介绍说,由于这件标本太过奇特,保存也不够精美,研究者花费了很长时间才确认了这一结构。参与奇翼龙研究的古脊椎所加拿大籍副研究员舒克文介绍说:“开始的时候,我们真的不知道这种棒状骨结构是什么,我因为另外一个完全不同的项目查阅有关飞翔和滑翔脊椎动物的科学文献,碰巧在一篇文献中看到这样的章节,说鼯鼠具有一个棒状的软骨结构,与腕部或肘部关联,支撑翼膜用以滑翔,随后我在网络上发现的一个日本鼯鼠腕部棒状结构的照片,显示出和奇翼龙腕部棒状结构惊人地相似,我立即告诉了徐星教授。”

为了揭示这一标本保存的重要信息,尤其是确认这个棒状结构的性质,徐星等采用了CT和扫描电镜等多种仪器对化石进行分析,获取了包括软体组织上保存的黑色素体在内的宏观和微观信息,还分析了化石围岩和化石上的化学组分,最终确认了奇翼龙腕部的棒状结构是翼膜翅膀的关键组成部分。

郑晓廷说:“有着翼膜翅膀的奇翼龙生活在侏罗纪中期,因此它算是在鸟类支系飞翔演化过程中的一个先锋。它提醒我们,在飞翔演化的早期历史中,充满了创新尝试,许多支系成为了演化的死胡同,只有现生鸟类的这种飞行模式延续至今。”

值得一提的是,“奇翼龙”是已知最短的恐龙名字。不仅如此,这个名字还凸显了在恐龙向鸟类演化的过程中,这一物种演化出了一个非常奇特的翅膀,完全不同于其他似鸟恐龙和鸟类的翅膀。奇翼龙的发现,为翼膜状飞行器官的趋同演化提供了一个绝佳实证,表明即便是在以羽翼为特征的鸟类支系上,也曾出现过翼膜翅膀。

尽管通过形态特征的分析和飞行能力的计算,研究者相信奇翼龙的翅膀具有空气动力学功能,但奇翼龙并不是一个具有竞争力的飞翔者,它的空中生活似乎只限于在树木之间做短距离的飞翔,或者从高处飞翔到地面。研究者还无法确定奇翼龙是采用扑翼飞行,滑翔,还是二者兼具。最后一个方式极具可能性,但以前一直被从事鸟类飞行起源的研究者忽视,徐星认为这是未来探索的一个重要方向,奇翼龙可能以滑翔为主,辅助以扑翼飞行。

徐星介绍说,很大程度上得益于中国似鸟恐龙和早期鸟类化石的大量发现,鸟类起源研究方向近年来取得了一系列重大进展,和人造探测器首次登陆彗星等一起,入选美国《科学》杂志评选的2014年度世界10大科学突破。尽管如此,这一方向依然存在许多需要解答的问题,依然是目前古生物学和演化生物学的热点研究方向。近年来,采用整合手段研究演化问题成为了学科新趋势,许多学者从现生动物解剖学、生理学、发育生物学,乃至基因组学角度开始对鸟类起源问题展开了探讨,取得了一批成果。我国需要加强各个学科交流,采用整合手段在鸟类起源方向展开更深入的研究,保持这一研究方向的领先优势,推动更多相关问题的解决。

参加本次研究工作的还有临沂大学王孝理和王岩、中国地质大学(北京)的邢立达、天宇自然博物馆的张晓梅、中科院古脊椎动物与古人类研究所的张福成和邹晶梅与南京地质古生物研究所的泮燕红。该项研究工作得到了中国国家自然科学基金委和科技部的资助。

图1 古脊椎所研究员张福成在奇翼龙发现地组织的野外发掘(张福成供图)

图2 奇翼龙化石照片(郑晓廷供图)

图3 奇翼龙头骨化石近照(郑晓廷供图)

图4 奇翼龙标本右侧的棒状骨结构(红色线条所指的结构),可以看到其端部周围保存着翼膜组织,以及丝状的羽毛结构(郑晓廷供图)

图5 奇翼龙的艺术复原图(恐龙星际供图)

原文链接:

A bizarre Jurassic maniraptoran theropod with preserved evidence of membranous wings

原文摘要:

 

The wings of birds and their closest theropod relatives share a uniform fundamental architecture, with pinnate flight feathers as the key component. Here we report a new scansoriopterygid theropod, Yi qi gen. et sp. nov., based on a new specimen from the Middle–Upper Jurassic period Tiaojishan Formation of Hebei Province, China. Yi is nested phylogenetically among winged theropods but has large stiff filamentous feathers of an unusual type on both the forelimb and hindlimb. However, the filamentous feathers of Yi resemble pinnate feathers in bearing morphologically diverse melanosomes. Most surprisingly, Yi has a long rod-like bone extending from each wrist, and patches of membranous tissue preserved between the rod-like bones and the manual digits. Analogous features are unknown in any dinosaur but occur in various flying and gliding tetrapods, suggesting the intriguing possibility that Yi had membranous aerodynamic surfaces totally different from the archetypal feathered wings of birds and their closest relatives. documentation of the unique forelimbs of Yi greatly increases the morphological disparity known to exist among dinosaurs, and highlights the extraordinary breadth and richness of the evolutionary experimentation that took place close to the origin of birds.

来源: Nature 浏览次数:0

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