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鸟类飞行起源揭谜——北戴河观鸟俱乐部

  编辑:徐星  来源:转载  时间:2008-2-23 13:40:00

说到恐龙,人们往往想到凶猛的霸王龙或者有着长长脖子的梁龙,这些古代的庞然大物给人们的印象是笨重和迟钝;谈起鸟类,我们的头脑中会浮现出天空中飞翔的鸽子或者五彩斑斓的孔雀,这些生命世界中的精灵带给人们的是美丽和轻巧。把亿万年前的恐龙和生活在我们身边的可爱的鸟儿联系在一起似乎有些牵强,但科学家们的持续努力确实证明了这样一种假说:在很久以前,有一种恐龙变成了第一只鸟,然后经过亿万年的繁衍,形成了今天的庞大鸟类家族。

人类从古代就开始梦想能够像鸟儿一样飞上蓝天,自由地翱翔。科技发展到今天,人类已经借助各种飞行器械,实现了这一梦想。然而,每当看见鸟类展翅在蓝天中自由飞翔的时候,我们依然为它们高超的飞行能力和优美的飞行姿态感到惊叹!我们知道,鸟类的恐龙祖先并不会飞行,它是如何脱离大地,飞向蓝天的呢?

长期以来,鸟类飞行起源一直存在两大假说:鸟类飞行树栖起源说和鸟类飞行起源奔跑起源说。

如果你观察现生脊椎动物,你会发现具有飞行或者滑翔能力的动物大多生活在树上,包括蝙蝠在内的脊椎动物都是在树栖生活过程中学会飞行的;以此类推,鸟类的飞行也应该是这样产生的,这就是鸟类飞行树栖起源说。这一假说认为鸟类的祖先借助重力进行滑翔,在此基础上形成了强大的主动飞行能力。树栖起源说在直觉上容易令人接受:鸟类祖先的有关飞行结构肯定还不完善,因此借助重力开始飞行的历程相对容易。

与树栖起源说相对立的一种假说是奔跑起源说。这一假说认为鸟类的祖先通过快速奔跑获得起飞速度,从而飞离地面,冲向蓝天。这一过程对大众而言是相对熟悉,并且容易接受的,因为我们常常乘坐的飞机就是这样飞向蓝天的。很多年来,奔跑起源说得到了大多数古生物学家的支持,理由非常简单:因为鸟类的恐龙祖先是典型的奔跑型动物,所以鸟类飞行起源于奔跑过程中是顺理成章的。科学家们详细研究了恐龙向鸟类演化过程中和飞行相关的结构转化,建立了完善的演化序列;他们还研究了鸟类祖先的奔跑速度,推论出飞离地面所需的起飞速度是可以实现的;最新的发育学研究还表明鸟类的祖先可能是在斜坡上奔跑的时候学会拍打翅膀的。

在许多鸟类学家的心目中,鸟类飞行起源的研究不仅涉及其本身研究,而且直接关系到鸟类起源的研究;如果不能可靠地恢复飞行起源的适应性过程,任何鸟类起源的假说都是不能令人信服的。然而,我们赖以获得信息的化石能够提供的只是静态的形态学证据,而基于形态对已灭绝生物行为的复原和推测无法避免主观想象,因此,鸟类飞行起源的研究注定充满了争论。

我们希望能够再现亿万年前第一只鸟飞向蓝天的那一刻,但这似乎只能是一个梦想;我们希望发现明确的特征显示鸟类的祖先是树栖动物还是地栖动物,但过去的一切努力似乎徒劳:已知最原始的鸟类——始祖鸟的一些特征指示了它是一种奔跑型动物,但另外一些特征却和树栖动物相似;对另外一种原始鸟类——孔子鸟的生活习性的推测也同样存在争论。

很多学者认为鸟类飞行起源的研究陷入了地面奔跑说和树栖滑翔说争论的死胡同,因为我们可能永远也找不到明确的证据来解释鸟类祖先到底是树栖动物还是地栖动物,因为处于过渡阶段的动物不可能显示出典型的适应性特征。也就是说,两派学说都有自己的证据,可能会无休止地争论下去。

2000年我们研究了发现于辽宁朝阳地区早白垩世九佛堂组的湖相沉积中赵氏小盗龙化石。赵氏小盗龙代表已知恐龙当中最接近鸟类的属种,所以对这些类似赵氏小盗龙化石的研究将为鸟类起源和飞行起源的研究提供关键性信息。令我们感到兴奋的是,赵氏小盗龙的一些特征和树栖的鸟类比较相似。

这一发现表明并非所有的恐龙都生活在地面上,在向鸟类演化的过程中,一些恐龙可能转移到树上生活,鸟类的飞行由此开始。但是,我们同样遇到了始祖鸟和孔子鸟的问题:骨骼形态提供的信息是相互矛盾的,一些特征指示树栖习性,但另外一些特征类似地栖动物。

2000年后,人们在这一地区又陆续发现了很多带羽毛的奔龙类化石,这些化石从形态上看很可能是赵氏小盗龙或者类似的物种。2002年,美国纽约自然历史博物馆的诺雷尔博士和他的中国同行以及另外一个中美联军研究小组对其中的一些化石进行了研究。他们发现这些类似赵氏小盗龙的奔龙类发育有和现代鸟类一样的羽毛,一些羽毛左右两侧的羽片不对称,一些很长的羽毛长在后肢上。这些新发现促进了我们对于恐龙向鸟类转化过程的理解。

2001年和2002年,我们对同类型的标本进行了更加深入的研究,出乎我们意料的是,研究工作揭示了一个恐龙演化过程中完全未知的阶段,而这一阶段恰恰可能是鸟类飞行起源的一个关键性阶段;新标本证实了我们以前对赵氏小盗龙所做的推测:恐龙世界中存在树栖恐龙,鸟类的飞行始于树栖生活。

在我们研究的6件标本当中,有两件标本被鉴定为小盗龙的一个新种:顾氏小盗龙;另外4件标本和顾氏小盗龙有一定区别,可能代表其他属种。

在这些标本当中,我们不仅观察到了前人观察到的一些现象,比如这些恐龙的皮肤结构不仅具有现生鸟类羽毛的形态,甚至还显示了空气动力学特征;更为重要的是,我们注意到发育在这些恐龙后肢上的羽毛形态和分布与鸟类翅膀上的羽毛惊人地相似。由此我们推论,这些恐龙长着四个翅膀,不仅前肢羽化为翼,而且后肢也羽化为翼;这些恐龙生活在树上,可能借助四个翅膀进行滑翔;鸟类的祖先很可能借助重力,在经历一个滑翔阶段之后才产生强大的主动飞行能力。

我们的研究成果发表之后在国际古生物学界引起了很大反响。英国里兹大学的进化生物学家瑞讷博士称四翼恐龙是始祖鸟之后在鸟类演化研究领域最重要的发现;美国芝加哥大学的古生物学家塞雷诺博士称之为“一篇具有里程碑意义的论文”。但是并非所有的学者都同意我们的结论,许多问题尚存争议或者有待解决。

有人提出,顾氏小盗龙的后肢是否能够形成翅膀?后肢的羽毛是否可能用于展示,吸引配偶或者恐吓敌人?我们提供的证据显示,后肢羽毛的空气动力学特征非常明显:羽轴两侧的羽片不对称,而不对称程度和鸟类翅膀一样,越靠近远端越明显;羽毛的着生方式和长度变化与鸟类翅膀也一样。

羽轴两侧的羽片不对称是鸟类飞行能力的一个很好的指示标志。著名鸟类学家美国学者费多西亚和他的同事发现,鸟类的飞行能力越强,其翅膀上飞羽羽轴两侧的羽片宽度差异越大;失去飞行能力的鸟类,其飞羽的羽片显得相对均称。因此,顾氏小盗龙的这些羽毛特征表明后肢羽化为翼的可信度是很高的。

还有学者提出,后翼的姿态和已知恐龙的骨骼结构似乎矛盾,如何解决?四翼代表一个演化的旁支还是鸟类演化的必经阶段?我们在进行相关工作的时候对这些问题曾做过探讨,已经有了一些线索和思路。这些问题的解决将彻底消除人们的疑虑,为鸟类飞行起源树栖滑翔说提供最终的判定意见。有关顾氏小盗龙的深入研究正在继续,我们相信在不远的将来会对这些问题做出很好的回答。

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