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幾十噸的恐龍 如何飛上枝頭

來源﹕科技日報2019-06-14 09:29

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  前不久﹐中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(以下簡稱中科院古脊椎所)透露﹐該所科研團隊通過對採集于遼寧﹑距今1.63億年的“長臂渾元龍”的化石進行研究發現﹐在恐龍向鳥類演化時﹐飛行器官除了長有羽毛的翅膀外﹐還有像蝙蝠一樣的膜質翅膀。長臂渾元龍屬於擅攀鳥龍類﹐它體長約32厘米﹑體重約306克﹐還沒鴿子大﹐卻能用蝙蝠般的翅膀滑翔﹐仿若恐龍裡的“蝙蝠俠”。這無疑揭開了鳥類是由恐龍演化而來的冰山一角﹐顯示了恐龍演化為鳥類的過程遠比我們過去認知的要複雜。

  恐龍可能就在你頭上

  說鳥類是由恐龍演化而來的﹐有哪些證據可以證明呢﹖

  對此﹐中科院古脊椎所研究員徐星介紹﹐在學界﹐關於鳥類起源於恐龍有多種假說﹐其中由英國學者托馬斯‧赫胥黎于1868年正式提出的鳥類獸腳類恐龍起源說在上個世紀70年代開始逐漸成為了學界的主流假說。

  從1861年開始﹐古生物學家們陸續發現了迄今所知最古老的鳥類祖先始祖鳥的化石﹐並已證明始祖鳥和食肉的獸腳類恐龍有著最近的親緣關係。發現的化石顯示﹐始祖鳥的手與現代鳥類大不相同﹐更接近于獸腳類恐龍﹐最明顯的特徵是它有著3個有尖銳爪子的手指﹐總體形態與小盜龍﹑鳥腳龍等恐龍的手部幾乎一樣﹔此外﹐始祖鳥的第二腳趾有些特化﹐較為接近小盜龍等恐爪龍類的第二腳趾﹔而且它的顎骨向四方放射生長﹐有明顯的獸腳類恐龍遺傳特徵。

  此外﹐獸腳類恐龍也在逐漸向鳥類靠攏。徐星說﹐到了侏羅紀﹐一些獸腳類恐龍的尾巴變短﹐身體重心前移﹐像鳥類一樣有著向後腹方延伸的恥骨。到了侏羅紀中晚期﹐一些獸腳類恐龍就已經和早期鳥類非常相似了──它們的尾巴很短﹐前肢明顯變長﹐並且半側向摺疊﹐能夠像鳥翅一樣側向拍打。

  徐星還表示﹐恐龍骨骼的微觀結構也顯示了和鳥類的相似性。通過觀察不同種類恐龍的骨骼切片﹐人們發現恐龍從總體上更接近鳥類﹐它們的生長速率明顯快於大多數爬行動物。這種快速生長方式一般見于內溫動物(即我們常說的熱血動物)﹐這指示恐龍有著和現代內溫動物相似的生理特徵。這種推測得到了其他證據的支持。比如﹐發現於中國遼西的寐龍化石顯示﹐這種恐龍和鳥類一樣﹐睡眠時會把嘴部藏于翅膀下面用於保溫﹔研究人員對坦桑尼亞和美國一些蜥腳類恐龍牙齒的穩定同位素分析顯示﹐這些恐龍具有穩定的體溫﹕腕龍的體溫約為38.2攝氏度﹐而圓頂龍則為35.7攝氏度。

  “現在普遍認為﹐鳥類就是恐龍的一支﹐當今地球上一萬多種鳥類就是活著的一萬多種恐龍。”徐星說。

  龐然大物如何變小巧

  我們知道龐大恐龍變成鳥類有一個關鍵的變化﹐就是身體一定要變小﹐否則我們難以想象一個幾十噸重的恐龍怎麼樣飛向藍天。

  徐星表示﹐從體型大小的角度看﹐恐龍當中的蜥腳類和鳥類中的蜂鳥是脊椎動物大家族中的兩極﹐人們很難把這兩類大小差別如此巨大的生物聯繫起來﹐很難把這兩類生物放在同一演化框架之中。從體型龐大的陸地動物到體型小巧的天之驕子﹐這需要在形態和生理上產生許多巨大變化﹐這樣一個過程確實難以想象。然而﹐許多化石證據顯示﹐這一過程確實發生了。

  2014年﹐澳大利亞﹑英國和意大利等國的研究人員根據120種恐龍的1500多個解剖特徵﹐構建複雜數學模型分析了恐龍在進化過程中的體型變化。分析結果顯示﹐獸腳類恐龍當中的一支﹐它們的體型一代一代地縮小﹐在如此“瘦身”5000萬年後終於進化成了鳥類──2.1億年前其平均體重為163千克﹐當進化到始祖鳥時已經降至0.8千克。研究者還發現﹐在獸腳類恐龍中發生了一個奇妙的進化過程──幼態延續。所謂幼態延續是物種把幼年的甚至胎兒期的特徵﹐保留到幼年以後甚至成年期的現象。

  陸地霸主怎樣飛上天

  恐龍想變成鳥除了要變小之外﹐還要會飛﹐鳥類飛翔靠的是翅膀。那麼﹐恐龍是如何“長”出翅膀的呢﹖

  此前﹐古生物學家在我國遼寧建昌發現了約1.6億年前的近鳥龍化石。徐星說﹕“近鳥龍長而粗壯的前肢上長著飛羽﹐排列方式類似鳥類飛羽﹐這說明翅膀的雛形在至少1.6億年前就在恐龍身上出現了。除了近鳥龍﹐還有其他幾種獸腳類恐龍﹐像小盜龍和似尾羽龍﹐都有著類似羽毛翅膀的結構。”

  徐星指出﹐今天除了鳥類以外﹐所有會飛的動物都有這樣一個傾向﹕會把自己身體體表所有部分盡量擴展幫助飛行。比如蝙蝠﹐它的翼不光像鳥類一樣在前肢上﹐也會延伸到後肢﹐科學家稱之為四翼狀態。祗有鳥類用前肢飛行﹐用後肢奔跑或行走。這樣的現象導致在一百多年前﹐有學者提出﹐鳥類最早也不是這麼例外的﹐它的祖先可能也經歷過這樣的四翼狀態。2003年發現的一些小盜龍化石支持了這一假說。

  但非常意外的是﹐2015年的一個發現改變了鳥類飛行起源依賴由飛羽組成的翅膀的觀點﹐這一年﹐徐星和他的同事一起在山東天宇自然博物館發現了“奇翼龍”化石。它的腕部有一根棒狀長骨結構。類似結構從來沒有在其他恐龍中發現﹐卻在一些會飛的四足動物的腕部或肘部﹑或踝部附近存在﹐這些動物包括蝙蝠﹑翼龍和鼯鼠等。在所有這些動物中﹐這種棒狀結構都支撐著皮膜翼﹐用於飛行或者滑翔。在奇翼龍化石上﹐徐星等人也發現了殘缺的翼膜。這意味著奇翼龍的翅膀像蝙蝠和其他會飛的四足動物一樣﹐主要由皮膜翼構成﹐而不是像鳥類及其近親那樣主要由羽毛構成。這些形態特徵顯示﹐“奇翼龍顯然不是一個具有競爭力的飛翔者﹐它的空中生活似乎只限於在樹木之間做短距離的飛翔﹐或者從高處飛翔到地面。”徐星說﹐奇翼龍的出現﹐讓科學家們困惑不解﹐因為它和我們的傳統認知完全不同﹐讓鳥類演化漫長的畫卷更加複雜﹐此次長臂渾元龍的發現支持了有關奇翼龍的解釋﹐再次證明﹐在恐龍向鳥類演化過程中﹐確實存在著許多實驗性演化﹐鳥類起源的過程是極其複雜的。

  綜合這些化石證據你會發現﹐恐龍變成鳥類可能經歷了這樣一個階段﹐一些恐龍的身體逐漸變小﹐長得也越來越像鳥類﹕骨骼中空﹐身體輕盈﹔腦顱膨大﹐行動敏捷﹔前肢越來越長﹐能像鳥翼一樣拍打﹔它們的體表長出了美麗的羽毛﹐不再披著鱗片或鱗甲。它們中的一些種類可能為了躲避敵害或尋找食物而轉移到樹上生存。這些樹棲的恐龍在樹木之間跳躍﹑降落﹐慢慢具備了滑翔能力﹐並最終能夠主動飛行。不過﹐在這個過程中﹐也發生了許多我們想象不到的事情﹐比如出現了具有皮膜翼的恐龍。也許還有其他奇特的恐龍有待發現﹐這些恐龍彰顯了進化的複雜性。

  雖然恐龍是如何演化成鳥的﹐目前還沒有一個特別確切的答案﹐但不管怎樣﹐原本不會飛的恐龍最終變成了天之驕子﹐它們飛向藍天﹐從此開闢了一個嶄新的生活天地。(付麗麗)

[ 責編﹕蔡琳 ]
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