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2014年,進化生物學(xué)家在“鳥類的起源”方面取得的突破,成為近二十年來對世界各地恐龍和早期鳥類化石(尤其是發(fā)現(xiàn)于中國的大量保存精美的帶毛恐龍和早期鳥類化石)的發(fā)現(xiàn)、研究方面取得的一個里程碑式的進展。
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所徐星和周忠和研究員等2014年12月在《科學(xué)》發(fā)表有關(guān)鳥類起源研究的綜述文章,對這一熱點研究領(lǐng)域近年來取得的重要進展進行了全面總結(jié),指出恐龍向鳥類的轉(zhuǎn)化已成為論證最詳實的主要演化事件之一。在過去的20年中,古生物學(xué)家們在中國新疆準噶爾盆地、內(nèi)蒙古東南部和遼寧西部以及德國和俄羅斯西伯利亞侏羅系地層中,在中國東北地區(qū)、蒙古戈壁地區(qū)、北美、南美以及非洲的白堊系地層中發(fā)現(xiàn)了大量化石,為鳥類恐龍起源說提供了一系列新證據(jù),鳥類起源從時間框架上、從主要結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化上以及從功能演化上,已經(jīng)有大量系統(tǒng)性證據(jù)的支持。
“半月形腕骨”是支持鳥類恐龍起源假說的重要證據(jù),但來自鳥類胚胎發(fā)育的信息和化石證據(jù)存在沖突,導(dǎo)致對獸腳類恐龍和鳥類“半月形腕骨”的同源性存在不同的解釋。徐星等2014年9月在《自然》子刊《科學(xué)報告》上發(fā)表的文章,提出了有關(guān)“半月形腕骨”新的同源假說,認為“半月形腕骨”位置的轉(zhuǎn)化與鳥類翅膀演化密切相關(guān),是獸腳類恐龍手部折疊功能演化的結(jié)果。
近二十年來,古脊椎所的專家學(xué)者為鳥類恐龍起源說提供了一系列新證據(jù),推動了“鳥類起源”研究的突破。徐星等指出,鳥類的主要特征,包括羽毛、飛行、快速生長模式以及獨特的生殖方式和生理特征,實際上經(jīng)歷了一個漫長的演化過程。許多特征在獸腳類恐龍的演化早期,甚至在主龍類的演化早期已經(jīng)開始出現(xiàn),其中一些特征遠在鳥類出現(xiàn)之前,已經(jīng)演化到接近現(xiàn)代鳥類的水平,另外一些則在鳥類冠類群出現(xiàn)時才完成。不過,在某些演化階段,鳥類特征的演化顯著加速,一些重要特征的演化相關(guān)性明顯;同時,鳥類特征還體現(xiàn)出顯著的“鑲嵌演化”現(xiàn)象,呈現(xiàn)出一個非常復(fù)雜的模式。
2000年12月7日,《自然》雜志發(fā)表了徐星發(fā)現(xiàn)的世界上最小的獸腳類恐龍——小盜龍,該研究發(fā)現(xiàn)小盜龍不僅與其他的小型獸腳類恐龍一樣善于奔跑,而且它還具有爬樹的本領(lǐng)。這一發(fā)現(xiàn)第一次為鳥類飛行能力起源的樹棲學(xué)說提供了重要佐證,并為獸腳類恐龍向鳥類進化研究提供了重要信息。
2003年1月23日出版的《自然》雜志封面文章發(fā)表徐星等發(fā)現(xiàn)的四翼恐龍——顧氏小盜龍,徐星在文章中認為,羽化的腿可以作為后翼,他懷疑這個物種是真正的拍打式飛行出現(xiàn)之前的過渡類型。該項發(fā)現(xiàn)有力地支持了鳥類飛行起源的“樹棲說”,被認為是世界鳥類進化研究中的一項重要進展。
2009年6月18日出版的《自然》雜志報道了徐星領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組在我國新疆準噶爾盆地的侏羅紀地層中發(fā)現(xiàn)了一種奇特的小型恐龍——泥潭龍。泥潭龍有著不同尋常的手部結(jié)構(gòu),像很多其他早期獸腳類恐龍一樣,泥潭龍保存了4個手指,但是其第一指卻嚴重退化了,第二指非常發(fā)育。徐星等綜合新的古生物學(xué)資料和現(xiàn)代發(fā)育學(xué)資料,提出了一種外側(cè)轉(zhuǎn)移假說來解釋恐龍手指的演化,這一假說將有望消除古生物學(xué)資料和現(xiàn)代發(fā)育學(xué)資料在鳥類手指同源問題上的矛盾觀點。
在2009年10月1日出版的《自然》雜志上,徐星研究團隊報道了一件產(chǎn)于遼寧西部晚侏羅世早期髫髻山組的保存有羽毛的赫氏近鳥龍標本,其生活時代較德國始祖鳥要早,代表了當(dāng)時世界上最早的長有羽毛的物種,該項研究提出了獸腳類恐龍分異的時間框架新假說,反駁了有關(guān)鳥類起源的“時間倒置”論,并進一步支持了四翼恐龍的假說,這一研究代表著鳥類起源研究的一個重大突破。
2010年1月,《自然》雜志報道了古脊椎所張福成研究員等在中國熱河生物群的鳥類和帶毛的恐龍中發(fā)現(xiàn)的兩種黑色素體。這一工作不僅為科學(xué)復(fù)原古生物的顏色提供了依據(jù),也為羽毛起源、鳥類起源及鳥類與恐龍的系統(tǒng)關(guān)系的研究提供了新的證據(jù)。
2012年4月,《自然》雜志報道了徐星等發(fā)現(xiàn)于中國遼西地區(qū)迄今世界上體型最大的帶羽毛恐龍——華麗羽王龍。華麗羽王龍的發(fā)現(xiàn)說明在暴龍類當(dāng)中,羽毛的出現(xiàn)可能是非常普遍的。根據(jù)現(xiàn)有的化石標本,徐星等推測,從最初原始皮膚衍生物演化出典型的鳥類飛羽大約需要經(jīng)歷5個階段:在第一個階段里僅有絲狀的蛋白質(zhì)纖絲,在鸚鵡嘴龍和某些翼龍身上發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)可能屬于這一類;這些原始的絲狀羽毛末端發(fā)生分支,進入羽毛演化的第二個階段。在意外北票龍、奇異帝龍和中國鳥龍標本上保存的羽毛印痕屬于這一類。第三個階段最為關(guān)鍵,表現(xiàn)在羽囊、羽軸和羽片這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),這一階段以原始祖鳥和尾羽龍身上的羽毛為代表。在演化的下一個階段,羽小枝產(chǎn)生;盡管這時的羽毛形態(tài)與現(xiàn)代鳥類的體羽還有一些差異,但它們已經(jīng)具備一定的空氣動力學(xué)特性,小盜龍身上的羽毛就屬于這一類,推測這些恐龍已經(jīng)能夠利用羽毛在樹林間穿梭。經(jīng)過上面四個演化過程,羽毛最終變成今天看到的鳥類體羽的樣子。該研究認為,從化石材料上看,華麗羽王龍身上的羽毛有可能還處于上述演化模型的第二個階段。
2013年,徐星和周忠和等通過分析山東天宇自然博物館的化石,發(fā)現(xiàn)11件早期原始鳥類標本后肢上長有羽毛的明顯跡象。經(jīng)過深入對比研究,他們認為早期鳥類曾有四個翅膀,并且后肢羽翼也具備協(xié)助飛翔的氣動功能。當(dāng)年3月15日的《科學(xué)》雜志在線刊登了該項研究成果。
2013年3月18日,《自然》雜志在線發(fā)表了周忠和研究團隊題為“早白堊世鳥類卵泡的精美保存對研究恐龍繁殖行為的意義”的研究成果。該研究表明,盡管與鳥類關(guān)系最近的恐龍還與鱷魚一樣,使用兩個卵巢和兩條輸卵管,但早期鳥類顯然已經(jīng)只保留一個有效的卵巢和一條輸卵管(身體左測)。他們據(jù)此推測,身體右測卵巢和輸卵管的功能退失可能發(fā)生在恐龍向鳥類過渡的階段,很可能與適應(yīng)飛行需要的體重減少有關(guān)。此外,與爬行類和恐龍相似,早期鳥類的性成熟早于身體(骨骼)的成熟,不同于現(xiàn)生鳥類。
2013年6月17日出版的《當(dāng)代生物學(xué)》雜志刊登了徐星等題為“追尋鳥類手指演化”的論文。研究人員比較了幾種確定同源結(jié)構(gòu)的常用標準,重點介紹了鳥類手指演化過程中的復(fù)雜性,強調(diào)了同源異型機制在鳥類手指演化過程中的作用。該研究是徐星課題組用整合的方法,結(jié)合古生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)資料來解釋重要結(jié)構(gòu)演化的一項成果。
2014年,為了探討似鳥類特征出現(xiàn)的真實情況,包括中國學(xué)者在內(nèi)的數(shù)個研究團隊匯總和分析了大量恐龍和早期鳥類化石及現(xiàn)生鳥類的特征數(shù)據(jù)。其中一項研究選取了150屬種850個形態(tài)特征,同時測量了426個物種腿骨的厚度,進行比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),最終演化為鳥類的恐龍隨時間推移持續(xù)不斷地變小,腿骨也不斷地變得纖細。
古生物學(xué)家認為,一旦鳥類的體型得以演變成形,新鳥類的種類就會快速地出現(xiàn),這可能受益自小巧的體型更利于尋找食物和避難居所,而它們體態(tài)龐大的祖先恐龍則要困難許多。不過,如果沒有祖先恐龍?zhí)峁┑牧己玫难莼_端,現(xiàn)今就不會有鳥類翱翔藍天了。
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