羽毛,让长满鳞甲的恐龙改头换面

发布时间:2015.04.29    浏览次数:0

左侧的化石是远古的爬行动物翼龙。图中那只小野鸡身上的绒毛,跟远古爬行动物身上的柔软羽毛很类似。

摄影:ROBERT CLARK,国家地理



撰文:Dan Vergano



  这世界上是先有羽毛这种生物结构,还是先有鸟类这种带羽毛的生物?科学家们现在可以确定地告诉你,是先有羽毛。不过,这个新发现可并不是从远古的鸟类身上得出的,科学家们这次发现的是鸟类的祖先——恐龙。



  在最近柏林举办了一次学术会议上,科学家们庆祝他们从最著名的、有羽毛的恐龙——始祖鸟身上获得了新发现,而柏林市藏有始祖鸟最完整的标本。始祖鸟,长期以来都被人们认为是“最早的鸟”,其生活在1.5亿年前,是它让人们意识到鸟类是恐龙遗留下来的活  标本。始祖鸟甚至也让达尔文为之痴迷过。

不过,这次的新发现证实,早在始祖鸟扇动翅膀之前,世界上就已经有了羽毛。



羽毛,让长满鳞甲的恐龙改头换面

始祖鸟身上的羽毛经过了数千万年的演化。

艺术设计:SAMANTHA WELKER

来源:OLIVER W. M. RAUHUT



  英国布里斯托大学的古生物学者JakobVinther说:“我认为,恐龙共同的祖先很可能就已经有羽毛了,而且所有恐龙都有某种类型的羽毛,正如所有哺乳动物都长有某种毛发一样。”



  一系列颠覆性的发现都支持了Vinther的观点,粉碎了电影《侏罗纪公园》里面那种恐龙形象,而且,这些化石所描绘出的恐龙世界里,到处都能见到羽毛。



  事情的转机还要从上世纪90年代说起。当时,中国发掘出的化石层里发现了种类多到令人惊讶的恐龙化石。这些恐龙都长有羽毛,能快速奔走。这些恐龙化石证实了人们的猜测。



  如今,越来越多有关恐龙的发现已经证明了长羽毛的恐龙究竟达到了何种程度:



——约1.2亿年前,地球上生活着一种名叫“原始热河鸟(Jeholornis)”的“双尾”恐龙,其扇形的尾部长着一丛呈叶状体的羽毛。该物种与现在的鸟类并无亲缘关系,而且该发现指出,恐龙物种当中的羽毛特征非常多样。



——今年7月,人们发现了一只保存完好的始祖鸟化石,它从头到脚都长着羽毛,而之前人们一直以为始祖鸟只在翅膀和尾部长着羽毛。这些羽毛也表明,始祖鸟很可能并不会飞。



——约1.6亿年前,西伯利亚地区生活着古林达奔龙(Kulindadromeus),其身上长着一条条稀疏而柔软的羽毛。之前发现的恐龙都属于兽脚类恐龙,与暴龙属和先进的鸟类均有亲缘关系,而古林达奔龙不属于此类。



  长有羽毛的古林达奔龙所属的物种,跟那些与鸟类有亲缘关系的物种并不相同。这说明,“恐龙的进化,并非直接指向我们所看到的鸟类这样一个最终结果。”Vinther如是评说。2009年,中国发现的天宇龙,是一种长满刚毛的奔龙,与鸟类祖先也没有亲缘关系。这两次发现可以彼此相互印证。古林达奔龙的发现表明,其背部的暗纹很像羽毛,而与此同时,这个观点也引起了一些争议。



  英国爱丁堡大学的Steve Brusatte说:“现在,我们可以非常自信地说,那些羽毛并非鸟类及其近亲的发明创造,而是恐龙早就进化出来的。”



  Vinther认为,恐龙的皮肤上可能长着各种各样复杂的刚毛和羽毛,他说,“这种现象甚至可以追溯到恐龙的祖先身上。”这其中很可能还包括生活在2.28亿年前的翼龙。翼龙是会飞的爬行动物,“它的皮肤也是毛绒绒的。”



  总而言之,如德国波恩大学古生物学者Martin Sander所说,最近的这些发现不仅为长有羽毛的生物揭开了真面目,也有助于解释其进化过程。

羽毛,让长满鳞甲的恐龙改头换面

 



图上,鹦鹉嘴龙化石的尾部,可以看到刚毛细丝。

摄影:ROBERT CLARK,国家地理



逐渐缩小的恐龙



  羽毛极大地促进了恐龙的进化。最近关于化石尺寸的几项调查表明,在始祖鸟出现之前的几亿年里,鸟类祖先的身形曾出现过快速的萎缩。



  比如说,今年8月,南澳大利亚博物馆古生物学者Michael Lee带领的一支团队在《科学》杂志上发文称,鸟类的恐龙祖先的重量,在5亿年里,从163公斤降到了0.8公斤,直至变成始祖鸟般大小。这一系列的恐龙,其身体尺寸的变化速率,比其它系列的恐龙要高得多。



  与该文章相伴发表的还有一篇评论。英国布里斯托大学的Michael Benton写道:小型化,“使鸟类真正成为了鸟类,而不再是一种会飞的恐龙。”



  是什么导致了恐龙的小型化呢?答案就是羽毛。羽毛提供了一些进化的优势——温暖、炫耀,对于某些恐龙而言,还能让它们飞翔——在与未长羽毛的同类和爬行动物的竞争的时候,长羽毛的恐龙更有优势。



  上个月,《科学》杂志上刊登了一篇关于近年来恐龙发现的综述。在这篇综述中,Sander及其同事们描绘了羽毛的进化路径:起初恐龙身上只长有一点点绒毛,最后,鸟类飞上了天空。



  恐龙身上出现的第一缕羽毛,可能是为了保暖。耶鲁大学的Richard Prum表示,将与蜥蜴鳞甲相关的两段基因修改之后,就能生长出羽毛。对于恐龙这种温血动物而言,羽毛能为其保暖。



羽毛,让长满鳞甲的恐龙改头换面

注:Yutyrannosaurus是暴龙(Tyrannosaurus)的祖先。

制图:EMILY M. ENG, MATTHEW TWOMBLY,国家地理

来源:MARIE-CLAIRE KOSCHOWITZ



  更好的保暖,让恐龙变得更小、更快,而且新陈代谢也会加快,如长足美颌龙(Compsognathuslongipes)就跟火鸡一般大小。



  成功又会换来成功。Sander称,1.8亿年前,超级大陆冈瓦那大陆分裂之时,长有羽毛的恐龙物种开始增殖。超级大陆的分裂,一下子产生了多样化的栖息地,也产生了许多多样化的物种。



  最早的恐龙出现于2.3亿年前,始祖鸟出现于1.5亿年前,Sander说,在这期间,“恐龙变得越来越小,但是,之后,他们遇到了新的问题。”



恐龙显耀自我



  问题是什么呢?所有这些新产生的物种都需要某种方式来区分自己,以便寻找配偶,同时也需要在对手面前掩饰自己,在捕猎者之前隐藏自己。早期的羽毛原型很利于保暖,这也解释了为什么现在的鸟类仍有一层柔软的羽毛。但是,蓬松的绒毛在展示色彩的时候就不太妙了。



  Sander称,平淡的绒毛是有代价的,因为恐龙从其爬行动物祖先那里继承了色觉。他认为,恐龙很可能获得了与当今鸟类一样的“四色视觉”。四色视觉比人类的色觉更加高级,能够识别紫外光谱范围内的色调。



  因此,为了拯救自我,恐龙进化出了羽翼和羽毛——中间长着坚硬的羽茎,两侧的细丝呈脊状排列。这种结构能够展示更为明亮的色彩。有了紧密排列的细丝,就有了光亮的蓝色、绿色,还有泛着光的彩虹色(常见于今天的蜂鸟喉部)。一排排名为黑素小体的彩色微粒,加上角蛋白,形成了这种明艳的结构性色彩。



  7000万年前,不只是始祖鸟之类的飞行动物,连嗜角偷蛋龙(Oviraptorphiloceratops)之类的奔龙身上都有这种羽状羽毛。今年7月,古生物学者们报告称,1.25亿年前,长有四只翅膀的小盗龙似乎长着一条长长的、带有羽毛的尾巴,这条尾巴的功能就像是一个空中减速板,能让小盗龙滑翔着去捕捉猎物。



  过去的十年里,围绕着这些发现,已经形成了一个重塑恐龙羽毛颜色的手工业。2012年,布朗大学的Ryan Carney,以及国家地理学会的Waitt grantee在一份报告中提到,他们通过对已经变成化石的始祖鸟黑素小体进行研究,发现始祖鸟身上长的羽毛是哑黑色的,且有黑尖。



  最近柏林举行的古脊椎动物学会的会议上,有人称始祖鸟的羽毛缺少黑素小体,亦即其羽毛为白色,也有人称Carney团队的研究中提到的不过是石化的细菌而已,并非黑素小体。Carney对此一一进行了驳斥。



  他说:“如果那些是细菌,将会对寻找色彩的整个概念提出质疑。”但是,他说,新的化学光谱分析显示,“这确实是黑素小体,而非细菌。”



  恐龙进化出明亮的羽翼和色觉之后,它们就开始得益于进化上的“循环反馈(feedback loop)”,羽毛开始长满它们的兽皮。从这个观点来看,飞翔几乎是恐龙进化的一个副产品。对于那些很久之前统治世界的恐龙而言,飞翔,只是以另外一种方式奔跑、滑翔、高飞罢了。



羽毛,让长满鳞甲的恐龙改头换面

从1861年发现至今,始祖鸟就一直被认为是最早的鸟类,学者们也一直为它着迷。

摄影:HELMUT TISCHLINGER



飞翔的化石



  然而,恐龙并未统治所有地方。Sander说,它们征服了天空,但是它们却不会游泳,而羽毛似乎可以解释它们不能游泳的原因。最大的肉食性恐龙棘龙,似乎曾是唯一一种水生恐龙。



  他指出,除了企鹅,你几乎找不出几个能在游泳方面胜过鱼类和鲨鱼的鸟类。对于恐龙而言,可能羽毛让它们在陆地上进化成功了,但是在水里它们却几乎没有优势。



  不管怎么说,长了羽毛又会飞,让早期的鸟儿从多样化的环境中存活了下来。约6600万年前,这些鸟儿的近亲们灭绝的时候,会飞的技能对于它们的幸存似乎十分关键。如今,在我们中间飞来飞去、叽叽喳喳的,都是昔日地球霸主的后裔。



  Koschowitz说:“许多恐龙爱好者们不惜一切代价都想看一眼恐龙,但是令我很惊讶的是,几乎没有人知道鸟类实际上就是恐龙。现实生活中的恐龙却招人憎恶,它们在我们的城市中随处可见,用那小小的爪子蹦来蹦去,到处孵化着恐龙后代。”



Jamie Shreeve对本文有所贡献,他曾参与报道11月份在柏林举行的古脊椎动物学会的会议。

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