鳥兒會飛前,它們的祖先盡力了 —新聞—科學網

鳥兒會飛前，它們的祖先盡力了

古生物學家找到更多恐龍飛行的獨立演化證據

     新的研究表明，鳥類最初演化出飛行行為時，還有許多物種在拍打翅膀。比如某些小型獸腳類恐龍，它們的動作與真正意義上的飛行很接近，雖然與鳥類演化路徑不同，但它們中的一些依然有可能雙腳離地、飛向天空。（圖片來源：香港大學）

紐約自然博物館，一處存放標本的倉庫，中科院古脊椎動物與古人類研究所副研究員裴睿正在觀察一份獸腳類恐龍化石。

他觀察得很細緻，用上了各式各樣的測量工具，甚至會記錄某種恐龍每隻腳腳趾的擺放順序。

這些詳盡的記錄，有助於人們理解鳥類的近親祖先怎樣進化出飛行能力。

8月初，相關成果在《當代生物學》發表，裴睿為文章共同第一作者。

「先前的研究認為，只有少數鳥類的近親祖先有近似飛行的動作，但事實上，這一範圍比我們想得更大」，論文通訊作者、香港大學研究助理教授麥可·皮特曼（Michael Pittman）告訴《中國科學報》：真正演化出飛行能力前，已經有許多鳥類的祖先在嘗試拍打翅膀。

重建演化樹

加入古脊椎所前，裴睿曾在香港大學從事博士後研究。彼時他已收集了一定數量的獸腳類恐龍標本數據。這些獸角類恐龍大多體型中偏小，其中，馳龍科和傷齒龍科作為恐爪龍類，被認為是與鳥類親緣關係最近的近親，為更多人熟知的小盜龍類即屬於馳龍科。

在重建小盜龍類的演化樹時，裴睿注意到，隨著演化繼續，其體型有逐漸變小的趨勢。

「於是我們在分析中又加了一些和形態功能相關的數據，包括前後肢比例、體重等，這些數據似乎暗示著另一個趨勢：小盜龍類的飛行能力是逐步增強的。」裴睿意識到，這可能是一個獨立的飛行起源事件。

為了釐清古生物發展脈絡，研究者常常需要藉助譜系演化樹。但獸腳類恐龍演化為真正鳥類的過程中，發生了許多平行演化事件。由於化石標定、特徵選取時存在差異，一些演化樹還存在模稜兩可的地方。

比如，近鳥類是獸角類恐龍的演化支之一，其又分為恐爪龍、馳龍和傷齒龍三大分支，在不同演化樹中，這三個分支有不同的先後順序。

為了儘可能避免不確定性，裴睿等人重建的演化樹中，儘可能包含了所有小型獸腳類恐龍的數據。

研究者重建了小型獸腳類恐龍的演化樹。（圖片來源：《當代生物學》）

他們與阿根廷國家科學技術研究委員會（CONICET）的研究者合作，優化了演化譜系分析的工作流程，為不同的演化特徵賦予不同權重，以避免平行演化中出現模稜兩可的分析結果。

最終，研究小組確定了近鳥類是否有飛行潛力的兩項關鍵指標：翼負荷與起飛動力，前者決定了動物個體是否能持續飛行，後者即拍打翅膀時產生的力量能否使動物離地。

三個突破

對古生物研究者而言，探尋動物演化的一大障礙是無法親眼見到過往真實場景。「我們無法看到動物怎樣做一個動作、能達到怎樣的效果。」裴睿表示。

一個迂迴的辦法是將古生物標本數據與現生動物做對比。研究小組同樣採集了現生鳥類的翼展長度、體重等數據，包括會飛的鳥類和不會飛的鳥類，並依據會飛鳥類的數據反推出翼負荷與起飛動力，將之帶入演化樹中比對。

文章中，以現生的鳥類為參考標準，如果化石物種的翼負荷超過2.5克每平方釐米、起飛動力超過9.8牛頓每千克，才能算通過研究者設置的飛行門檻，即擁有主動飛行的潛力。

結果顯示，除了廣義的鳥類：鳥翼類，還有兩類物種通過了門檻：馳龍類下屬的小盜龍和脅空鳥龍。

但在其他物種中，研究者仍然觀察到了主動飛行潛能的跡象，如長羽盜龍、曉廷龍等。「它們已經至少突破了一項指標，可能已有類似主動飛行的動作，它們在以自己的方式適應生存環境。」裴睿說。

分析發現，相當一部分近鳥類恐龍可能有飛行潛力。（圖片來源：《當代生物學》）

「大部人認為，恐龍的飛行能力是有限的，但動物的潛力超出人類想像。」裴睿表示。

如果觀察一隻鸚鵡的運動行為，會發現在攀爬樹枝時，其前後腳趾的擺放順序會發生變化。「有時是一個腳趾在前、三個腳趾在後，有時是兩前兩後，有時三前一後，會根據場景的不同靈活運用身體的結構」，裴睿表示。

但在古生物研究中，一般只會根據某種動物的化石形態，推測其腳趾最可能的單一運動方式。

此外，在現生鳥類中，研究者還觀察到一個動作：鳥類一邊拍打翅膀、一邊沿著斜坡向上奔跑，這種接近飛行的舉動也很可能存在於小型獸腳類恐龍中。

「接下來，我們會深入研究這些非鳥類拍打翅膀的有趣現象，並找到更多恐龍未能真正飛起來的原因。」皮特曼總結道。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.105

 

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