與生活在陸地、海洋的動物相比，飛翔在天空中的鳥兒，有什麼與眾不同的特點呢?第一個答案或許就是羽毛。對於鳥類來說，輕盈而精巧的羽毛是...
與生活在陸地、海洋的動物相比，飛翔在天空中的鳥兒，有什麼與眾不同的特點呢?第一個答案或許就是羽毛。
對於鳥類來說，輕盈而精巧的羽毛是非常重要的一種結構。除了幫助鳥類飛上天空，羽毛還具有更多複雜的功能：一方面，細密的羽毛可以在體表形成隔熱層保持體溫;另一方面，鳥類羽毛具有豐富多彩的特點，這也使其成為鳥類在繁殖行為、種內和種間視覺交流中的一種重要的信息傳遞媒介。
對於鳥類而言，羽毛的磨損時時刻刻都在發生。因此，它們需要獨特的策略去更換這些磨損的老舊羽毛。
鳥類換羽的兩種模式
系列研究發現，鳥類換羽行為可以大致分為兩種模式，即順序換羽模式和非順序換羽模式。
順序換羽模式，指羽毛，尤其是飛羽，按照一定的順序，在兩翼對稱而緩慢地替換。採用順序換羽模式的鳥類，它們的羽毛是有序替換的，雖然每年都會分時段脫落一片到幾片羽毛，但這些鳥類的整體飛行能力幾乎不會受到影響。
非順序性包括同時換羽模式和隨意換羽模式。前者是指鳥類會在一年當中的某一特定時間段，把和飛行相關的羽毛統一換掉。這種行為帶來的問題，就是在這一時期，這些鳥類會失去飛行能力。
隨意換羽模式的鳥類，它們的換羽行為非常隨機，缺少統一順序或者統一的換羽時間，因此這種換羽模式都是發生在沒有飛行能力的鳥類當中，例如加拉帕戈斯的弱翅鸕鷀。
遠古的鳥類如何更換羽毛
那麼，鳥類身上這種換羽行為是怎麼演化形成的?最早的鳥類如何更換它們的羽毛?
中國科學院古脊椎所徐星研究員團隊和以色列海法大學生物學家一起合作，在著名學術期刊《當代生物學》上發表了一篇研究論文。這項研究基於一個由302個現生鳥類換羽行為信息構成的數據集，採用祖先狀態特徵分析方法，對鳥類換羽的演化歷程，進行了宏觀演化分析。
祖先狀態特徵分析方法是近些年來新興的一種宏觀演化分析方法。形象地說，這種方法就像在家譜架構下，恢復家族每一代人的遷徙軌跡和生平。有了這些信息，就可以推算目標特徵在演化過程中變化的情況，估算這些特徵在這一類生物的祖先身上可能存在的狀態，甚至計算特徵變化速率、變化模式等。
鳥類的換羽行為，就非常適合進行祖先狀態特徵分析。在進行分析時，首要解決的問題是「最早的鳥類是順序換羽還是非順序換羽」。
此次研究結果發現，包括現生鳥類、已經滅絕的反鳥類等類群的全部鳥類在內，它們的祖先都是以順序性換羽模式進行換羽的。也就是說，至少在距今7000萬年前，換羽行為就已經伴隨著最早的鳥類出現了。當今鳥類中幾個獨立的非順序性換羽的演化支，可能是後來獨立演化出來的。
同時，這項研究還發現，鳥類的換羽模式與鳥類的棲息地選擇有關。順序換羽模式的鳥類可以保持全年穩定的飛行能力，因此不需要在換羽期尋找特別的棲息地進行自我保護。而非順序換羽模式的鳥類，在每年重要的換羽時期，由於飛行能力喪失，往往需要生活在特殊的棲息地。這些特殊的棲息地可以一定程度上緩解一些鳥類因為換羽而面臨的危險情況，比如更難獲取食物，以及更容易被捕獵者捕食等。
會飛的非鳥恐龍也要換羽
大量的化石顯示，鳥類的近親——非鳥恐龍絕大部分都具有羽毛。對於這些可能會飛的非鳥恐龍來說，換羽行為是怎樣的呢?
帶著這個問題，中以兩國科學家對中國科學院古脊椎動物與古人類研究所收集的大量帶羽毛恐龍的化石進行了詳細觀察。他們在一類著名的四翼恐龍——小盜龍的一件化石標本當中，觀察到了明顯的順序換羽現象，這也是首次在非鳥恐龍中發現這種行為。
由於小盜龍的生存年代為距今約1.2億年。因此這個發現又將順序換羽行為可能出現的最早時間向前推進了一大步，範圍也進一步擴大到了非鳥恐龍當中。保守地說，至少在距今1.2億年前的早白堊世，鳥類或者一些非鳥恐龍，已經具有順序換羽的行為了。
在小盜龍中發現順序換羽行為的證據，證實了它們可能具有相當強的、可以維持全年穩定飛行的能力。同時，順序換羽行為也說明，小盜龍所生活的環境可能缺少給它們提供換羽期保護的必要條件——也許在小盜龍生活的環境當中，食物資源不夠豐富，或者它們面臨全年的、較大的被捕食壓力。這恰恰與小盜龍所生活的熱河生物群的生態環境非常吻合。