中美學者聯手探秘恐龍如何“飛天”

來源：中國科學報

160多年前，第一塊始祖鳥化石的出土曾在科學界引起轟動——這種長着羽毛的“恐龍鳥”，正是達爾文演化論的最佳“代言人”。然而，它到底是如何從陸地爬行演化到翱翔天空的？這一演化之謎，至今尚未完全揭曉。

一個由中美兩國科學家組成的聯合團隊，歷時3年，通過對最新發布的芝加哥始祖鳥化石進行深入研究，終於爲這幅演化“拼圖”拼上了關鍵一塊。相關研究成果近日發表於《自然》。

“運用高精度CT掃描重建等手段，我們發現了始祖鳥骨骼、軟組織、羽毛上此前從未被揭示的細節特徵，爲恐龍向鳥類演化的完整進程提供了全新線索。”論文通訊作者、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員胡晗告訴《中國科學報》。

始祖鳥標本的“里程碑”

始祖鳥化石是目前已知最古老的鳥類化石。達爾文《物種起源》發表兩年後，也是演化論飽受爭議的時期，始祖鳥化石的橫空出世揭示了鳥類起源自爬行類動物的事實，使神創論者黯然退場。

和所有始祖鳥化石一樣，芝加哥始祖鳥也出土於德國索倫霍芬地區的石灰岩沉積層，是目前已知的第十四件始祖鳥標本。儘管早在1990年之前就被發現，但它一直都“藏珠”於各位私人收藏家手中。直到2022年，在多方協助下，這塊化石被收入美國菲爾德自然歷史博物館中，它潛藏的演化秘密才逐漸被揭開。

生活在約1.5億年前的始祖鳥體形不大，而芝加哥始祖鳥標本更是目前發現的體形最小的標本，大小僅與一隻鴿子相當。

“這件標本可以說是始祖鳥研究史上的‘里程碑式標本’。”胡晗說，它的保存極爲完整，不僅大部分骨骼較爲立體，同時還保存了罕見的軟組織，如皮膚、趾墊、羽毛等重要信息，“爲深入理解其形態信息和生態適應過程提供了獨一無二的證據”。

補上“缺失的一環”

基於芝加哥始祖鳥標本完美的保存狀態，研究人員將探索的目光鎖定在其頭部、四肢及飛羽等部位。

據胡晗介紹，始祖鳥的頭骨形態介於傷齒龍類和其他白堊紀鳥類之間，代表着從非鳥恐龍缺乏靈活性的頭骨向更輕便靈活的鳥類型頭骨過渡的關鍵階段。

與此同時，芝加哥始祖鳥足部的軟組織結構顯示出其可能與現生地棲鳥類相似的特徵。論文第一作者、菲爾德自然歷史博物館副教授鄒晶梅表示：“它們可能有部分時間在地面行走，同時擁有攀爬樹木的能力。”

芝加哥標本還是首件發現三級飛羽的始祖鳥標本。三級飛羽是一組附着在肱骨和尺骨上、位於翅膀和身體之間的飛羽，始祖鳥藉助它維持連續的空氣動力學平面，從而實現飛行。鄒晶梅表示，這一結構在與鳥類密切相關的帶羽毛恐龍中從未出現過，說明這可能是始祖鳥爲了適應主動飛行而演化出的新特徵。

這些新發現釐清了始祖鳥“新舊兼具”的鑲嵌演化特徵。“正因爲同時具有原始與進步的特徵，它補上了演化進程中‘缺失的一環’，架起人們對恐龍向鳥類演化過程的理解的橋樑。”胡晗說。

跨國合作 各展所長

“跨國合作對於解讀像始祖鳥這樣的國際‘明星化石’至關重要。”胡晗告訴《中國科學報》，與其簡單稱之爲合作，不如說是兩國學者在學術友誼上，用雙方專業知識和技術優勢協奏出的“交響曲”。

鄒晶梅曾在中國工作近10年，此後也一直與中國學者保持密切的合作交流。2022年，隨着芝加哥始祖鳥標本被菲爾德自然歷史博物館納入館中，她與長期合作的胡晗一拍即合，決定各展所長，分工完成對這塊化石的探索。

由於標本在美國有鉅額的安保費，無法輕易離開美國，因此鄒晶梅與博物館同事對標本進行物理修復以及近距離的軟組織觀察研究，並對其進行了高精度CT掃描。

基於高精度CT掃描的結果，胡晗帶領中國團隊實現了第一階段對其頭骨的三維重建，並系統詮釋了這些骨骼特徵在演化進程中的關鍵位置。

由於一側被埋在岩石中，標本的一部分信息無法直接觀察，但三維重建就像是孫悟空的“火眼金睛”，讓這些隱藏的細節無所遁形。“比如，在三維重建結果中，我們發現了齶區的犁骨，它有與鳥類更加接近的形態。此外，我們還重建出它與翼骨等其他齶區骨骼的相對位置和關節方式。”胡晗介紹。

據瞭解，這項研究僅僅是芝加哥始祖鳥研究的開始。鄒晶梅說，化石上還有更多令人興奮的骨骼特徵及其他細節有待深入探索，“現在的發現僅是冰山一角”。

胡晗也表示，基於此次成功建立的始祖鳥頭骨三維模型，他們可以進一步進行功能形態學的定量分析，並拓展到更多化石鳥類的三維功能形態研究。這爲未來深入探討恐龍向鳥類演化關鍵時期的生態習性轉變奠定了基礎。（蒲雅傑）