發現鳥類羽毛從爬行動物鱗片演化而來的直接證據

2020-11-04 熱河生物群燕遼生物群

2000年第5屆國際古鳥類與進化會議暨熱河生物群研討會在京召開,來自20多個國家的百餘名古生物學家會聚一堂,交流古鳥類以及熱河生物群的最新研究成果。同年豐寧原羽鳥的發現,提供了鳥類羽毛從爬行動物鱗片演化而來的直接證據。

發現鳥類羽毛從爬行動物鱗片演化而來的直接證據

羽毛一直被認為是鳥類所特有的結構,是把鳥類從所有其它的脊椎動物中區分開來的標誌。但是科學界過去對鳥類羽毛的起源了解甚少,唯一的一個只是「鳥類的羽毛和爬行動物的鱗片同源」或「羽毛起源於爬行動物」。九十年代以來發現於我國遼西地區的帶毛恐龍使羽毛的起源問題成了古生物學界的一個熱點,也成了公眾關注的話題之一。

始祖鳥是公認的最原始的鳥類,但是它並沒有對羽毛起源問題提供多少信息,因為它的羽毛與現代鳥類的羽毛幾乎完全不同。中華龍鳥、北票龍、中華鳥龍和小盜龍等帶毛恐龍身體上生長的皮膚衍生物的特徵與鳥類羽毛十分相似,所以這些小型獸腳類恐龍身上的這些毛狀物就很容易被認為是一種原始的羽毛。但是這些把恐龍與鳥類聯繫在一起的物種身上的毛狀物卻並沒有為鳥類羽毛與爬行動物的鱗片建立起更多的聯繫。一方面,迄今為止在這些恐龍的毛狀物上並沒有發現分叉的結構,因為還不能把它們與鳥類具有分支的羽毛建立起直接的聯繫;另一方面這些毛狀物也難以與爬行動物的鱗片建立起直接的聯繫。

尾羽龍和原始祖鳥的羽毛曾經被認為是羽毛存在於恐龍中的最強有力的證據,但是也有一些科學家認為尾羽龍是一種次生退化的鳥類,它的羽毛因此也是次生退化的,而不是代表原始羽毛的類型。由於尾羽龍一般被認為與竊蛋龍有較近的親緣關係,與鳥類的系統關係還不如屬於馳龍類的中國鳥龍近,因此它的羽毛被認為更可能是獨立發生的,或者是退化性的,因而與鳥類羽毛的起源沒有直接的關係。科學家在中亞地區發現的長鱗龍長有延長的鱗片,這種鱗片與現代鳥類羽毛的相似性說明鳥類羽毛演化的早期階段要比過去想像的複雜得多。羽毛可能在比恐龍更加原始的爬行動物中就已經開始出現了。

2000年第5屆國際古鳥類與進化會議暨熱河生物群研討會第一次在中國的北京和遼西召開,來自20多個國家的百餘名古生物學家會聚一堂,交流古鳥類以及熱河生物群的最新研究成果。國內外科學家對於鳥類的羽毛的進化的討論也是會議的主題之一。

2000年12月8日出版的美國權威科學期刊《科學》雜誌上刊登中國科學院古脊椎動物與古人類研究所科學家張福成和周忠和的科研論文,報導了他們發現的迄今為止世界上最原始的反鳥--原羽鳥。原羽鳥的化石所具有的一種前所未知的羽毛類型為羽毛的早期演化提供了非常重要的證據。

通過對原羽鳥的形態學研究和系統分析,張福成和周忠和發現原羽鳥是迄今為止最原始的反鳥。反鳥是中生代最重要的鳥類類群,當時曾廣泛分布於世界,但是後來滅絕了。原羽鳥本身也是一種特化的類型,其中最顯著的一個表現就是手部骨骼和小翼指比較長,這一點非常類似於孔子鳥,而不同於其它的反鳥。顯然,原羽鳥是介於孔子鳥向其它更為進步的鳥類過渡的中間類型。從化石鳥標本身上所發現的鱗狀羽毛,正是證明羽毛演化來自於爬行類鱗片的最佳證據。

研究者表示第一次研究這化石時就相信這特徵很不平常。化石保存了很好的羽毛痕跡,研究人員可以清楚的分辨出那是能飛行的羽毛。但是下方羽毛很原始還有鱗片狀的尾部羽毛引起了研究人員的注意。跟現代鳥類的羽毛不一樣的是,這些"羽毛"幾乎完全是分枝狀的,尾部羽毛很長,在靠近中間莖部沒有分枝的現象。研究人員認為這些"羽毛"的基部像是爬行類鱗片的延伸,末端近似於鳥類的羽毛。以前研究爬行類的科學家發現爬行類有著很長的"羽毛狀鱗片",原羽鳥將這觀念轉了過來,鳥類有著"鱗片狀的羽毛"。原羽鳥尾部的羽毛說明了羽毛是如何在演化中被發明出來。這些原始尾部羽毛支持了羽毛是從爬行類鱗片演化過來的理論,這些鱗片伸長並且特化出中空的翎管與其它的特徵與用途,如飛行、隔絕與平衡。這些羽毛看起來似乎都指出這個早期的鳥類原羽鳥是會飛的。研究人員認為它們可以跟現代的鳥一樣的飛翔。至於是否這些鳥傳遞了羽毛到現代鳥類的身上,它們大概不能,因為它們很久以前已經滅絕了。也有研究者認為這個發現並沒有詳細告訴我們現代鳥是如何演化過來的,但是它提供了羽毛是如何演化的重要訊息。

原羽鳥化石(化石保存於中科院古脊椎與古人類研究所)

這次新發現的原羽鳥化石表現出了一種過去從來沒有發現過的新的羽毛類型,它靠近身體的一端(稱為近端)缺少羽支狀的分支結構,羽軸兩側生有均質的羽片結構,這非常類似於爬行動物的鱗片;而它遠離身體的一端(稱為遠端)則分化出了羽支,但是在羽支與羽軸之間也存在著與近端一樣的均質羽片結構,這又完全與現代鳥類的羽毛結構相同。這種既類似於爬行動物鱗片又類似於典型鳥類羽毛的皮膚衍生物直接將爬行動物的鱗片與鳥類的羽毛聯繫了起來。

主要依據於對這種特殊羽毛類型的研究,張福成和周忠和提成了早期鳥類羽毛演化的模式,即鳥類羽毛的演化主要經歷了四個階段:1)鱗片延長;2)鱗片中部增厚,出現羽軸;3)分化出羽支;4)長出羽小支和羽小鉤等構造,最終形成現代鳥類這樣的典型羽毛。此外,張福成和周忠和的另一個重要論點就是,廓羽和絨羽在羽毛早期演化階段就很快地分化,然後各自獨立地進化至今。

原羽鳥長在胸前的烏喙骨的結構顯示出了一些前烏喙突的特點,由此推測它也是迄今為止發現的最早的具有前烏喙突的鳥類,化石鳥類前烏喙突的出現及與之相關的三骨孔結構第一次說明原羽鳥已經具有了強大的主動飛行能力。

原羽鳥的另外一個重要特徵是保存了小翼羽這一飛行結構,這一結構在始祖鳥和孔子鳥身上還沒有出現。小翼羽是現代鳥類慢速飛行和完成空中技巧性動作的結構基礎,對鳥類的起飛、空中懸停和著陸等動作起著重要的作用。

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    但是這些把恐龍與鳥類聯繫在一起的物種身上的毛狀物卻並沒有為鳥類羽毛與爬行動物的鱗片建立起更多的聯繫。一方面,迄今為止在這些恐龍的毛狀物上並沒有發現分叉的結構,因為還不能把它們與鳥類具有分支的羽毛建立起直接的聯繫;另一方面這些毛狀物也難以與爬行動物的鱗片建立起直接的聯繫。
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    一方面,迄今為止在這些恐龍的毛狀物上並沒有發現分叉的結構,因為還不能把它們與鳥類具有分支的羽毛建立起直接的聯繫;另一方面這些毛狀物也難以與爬行動物的鱗片建立起直接的聯繫。尾羽龍和原始祖鳥的羽毛曾經被認為是羽毛存在於恐龍中的最強有力的證據,但是也有一些科學家認為尾羽龍是一種次生退化的鳥類,它的羽毛因此也是次生退化的,而不是代表原始羽毛的類型。
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