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长臂混元龙:一次意想不到的蓝天之旅

来源:科学网2019-05-10 09:00

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  长臂混元龙复原图(张宗达供图)

  在关于对蓝天的渴望方面,人类和恐龙并没有什么区别。

  为了能飞到天上去看看,人类进行了大量的尝试,最终发明了飞机;而恐龙在其演化历程中,也曾进行过大量意想不到的适应飞行的尝试——比人类更甚的是,它们连自己的样子都改变了。

  5月9日,《自然》杂志的封面文章发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所科研人员的一项研究成果,他们发现了一种生活在侏罗纪的长着膜质翅膀的恐龙,它为恐龙的飞行演化补上了缺失的一环。

  扑朔迷离的“四不像”

  在脊椎动物里,翼龙、鸟类和蝙蝠都能飞,但它们的演化过程是独立的,各自的飞行结构也是形态迥异的。

  相较翼龙和蝙蝠不完整的化石记录,随着不断发现的带羽毛恐龙和早期鸟类化石,尤其得益于我国中晚侏罗世的燕辽生物群和早白垩世的热河生物群,有关鸟类飞行起源这一重要科学问题取得了重要进展。

  “尤其是恐龙家族里最为怪异的类群——善攀鸟龙类的发现,为我们揭示出了一条令人匪夷所思的征服蓝天之旅。”中科院古脊椎所研究员徐星说。

  善攀鸟龙类的形态十分奇特,它们的头骨高耸、四肢纤细,很像是恐龙和鸟类的“混合体”,一度被认为是跟鸟类具有最近亲缘关系的兽脚类恐龙。

  迄今为止,这类生活在中—晚侏罗世的恐龙只发现了三个属种——宁城树栖龙、胡氏耀龙和奇翼龙。这类恐龙的标本也是要么不完整,要么属于幼年个体,大量形态特征难以观察,令其在演化树上的位置扑朔迷离。

  尤其是2015年徐星等命名的奇翼龙,更为这一类群增添了神秘色彩。奇翼龙的前肢长着翼膜,还具有一根棒状长骨,这样的长骨在其它恐龙(包括鸟类)中都没有类似的结构。徐星推测,奇翼龙“可能是以滑翔为主,辅助以扑翼飞行”。

  然而,奇翼龙的标本也只发现了一件,保存同样并不完整,因此对于棒状长骨和翼膜的结构,学界依然存有争议。

  “神助攻”现身

  2017年,中科院院士周忠和带领团队在辽宁晚侏罗世地层考察时,获得了一件新化石。经过长达一年的室内修理、实验和对比研究,研究团队认为它是一种新的善攀鸟龙类,科研人员将其命名为长臂浑元龙。

  “这只长臂浑元龙是目前已知最完整的善攀鸟龙类化石,它提供了大量形态和生态学信息。”周忠和说。

  这只生活在距今约1.63亿年的浑元龙体长约32厘米,体重约306克,在很多形态方面明显不同于其它善攀鸟龙类,但却具有原始鸟类那样的尾综骨。这种缩短的尾骨能进一步将身体重心前移,有利于在飞行或滑翔时保持稳定。

  更重要的是,研究人员在浑元龙上发现了和奇翼龙相似的棒状长骨和翼膜,这一新发现为棒状长骨和翼膜在善攀鸟龙类中的出现提供了确凿无疑的证据。

  “此外,浑元龙体内保存有胃石和疑似尚未完全消化的骨质胃容物,这是在善攀鸟龙类中首次发现的与食性相关的证据,我们推测它是杂食性的。”中科院古脊椎所研究员王敏说。

  浑元龙的前肢异常加长,甚至超过了中生代多数鸟类。研究人员在对比恐龙前肢时,发现善攀鸟龙类的前肢比例构成非常奇特,那么,这样的差异是否与翼膜的出现有关?

  惊鸿一瞥

  为了证实这一猜测,王敏对包括鸟类在内的中生代虚骨龙类进行了系统发育关系主成分分析研究。

  他们发现,善攀鸟龙类前肢的加长主要源自肱骨和尺骨;在鸟类、驰龙类或者伤齿龙类中,则是掌骨的加长,而这些类群的前肢是具有羽毛翅膀的。

  因此研究人员推断,善攀鸟龙类通过加长的肱骨和尺骨、第三手指,与棒状长骨来附着膜质的翅膀,而鸟类、驰龙类和伤齿龙类则需要较长的掌骨来附着飞羽。至此,“膜质翅膀+短掌骨”和“羽毛翅膀+长掌骨”两种截然不同的身体结构,为人们展现出了两种不同的飞行模式。

  然而,长臂浑元龙等善攀鸟龙可能只是动物飞行演化中的一次短暂尝试。“因为已知的善攀鸟龙类均生活在晚侏罗世,在此之后的白垩纪恐龙中,这种类似的膜质翅膀就再也没有出现过了。”王敏说。

  但在历史长河的对岸,由飞羽构成的翅膀却一直延续到了白垩纪,历经漫长的演化形成了鸟类的羽翼,最终成功征服了蓝天,并逐渐演化出多样性最为丰富的现生四足动物。(丁佳)

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1137-z

[ 责编:赵清建 ]
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