作者:涂芮 来源:中国科学报 发布时间:2015/8/17 9:44:37
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徐星:“奇翼龙”奇缘

 

徐星在野外寻找化石

■涂芮

地球上的鸟儿羽毛美丽,鸣音动人。“它们是怎样演化而来的?”这一问题更是吸引了许多科学家。近年来,随着越来越多化石的出现,鸟类起源的研究渐渐升温,一系列的研究取得重要进展。目前,恐龙向鸟类的转化已成为论证最详实的主要演化事件之一。2014年底,鸟类起源的研究与人造探测器首次登陆彗星等一起,同时入选美国《科学》杂志评选的2014年度世界十大科学突破。

鸟类起源的研究成为热闹的科学前沿,与中国所贡献出的化石标本以及中国科学家的不懈努力是分不开的。在世界科学界对鸟类起源研究中,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星的工作至关重要。徐星主要从事中生代恐龙化石及相关地层学的研究工作,主要研究方向为兽脚类恐龙的形态学、分类学和系统发育、鸟类起源等。

在学术成就方面,或许《自然》杂志的一句评价比他的著作年表更加言简意赅:“徐星革新了恐龙进化研究,帮助中国成为古生物学的动力室。他已经给60多个物种进行了命名,比今天其他任何一个在世的古脊椎动物学家所命名的都多……”

在大众媒体上,徐星广为人知的事件则是他纠正了1999年美国《国家地理》有关“古盗鸟”的错误报道,避免了错误知识的传播。同时,他也是一位热心的科普人,他撰写的《飞上蓝天的恐龙》入选小学课本,吸引着一代又一代的孩子们探知神秘而有趣的恐龙世界。

前不久,徐星最新发现了“奇翼龙”(Yiqi)——这个被称为“世界上名字最短”的恐龙长着像蝙蝠一样的膜状翅膀。

徐星介绍说,奇翼龙的出现,为鸟类演化漫长的画卷补上了一块拼图。而鸟类起源领域尚有更多的谜题留待科学家们进一步研究。徐星认为,古生物学领域应推动多学科交叉,用整合方法探讨重要生物结构的演化已经取得了一些成果,未来将大有所为。

奇妙的“奇翼龙”

此前的研究认为,鸟类及其恐龙近亲的翅膀拥有一个共同特点:片状飞羽是其关键组分,但珍藏于山东天宇自然博物馆的一件来自中国河北青龙县侏罗系地层的化石发现挑战了这一认知。

2015年4月30日的英国《自然》杂志上,临沂大学和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、天宇自然博物馆、中国地质大学(北京)和南京地质古生物研究所等机构的科研团队报道了一种生活于约1.6亿年前的小型似鸟恐龙,令人惊讶不已的是,这只小恐龙的翅膀在某些方面竟然更像蝙蝠的翅膀。

这个奇妙的小生灵对于人类了解恐龙形态差异性和鸟类飞行起源研究具有非常重要的意义,代表中国学者在鸟类起源研究方向取得又一项重要成果。

这只来自河北青龙县的小恐龙被命名为奇翼龙,从恐龙的分类上,它属于兽脚类中的擅攀鸟龙类(scansoriopterygids)。这一恐龙类群与鸟类亲缘关系非常近,但长相非常奇特,有着短粗的头,手部外侧手指极长,尤其是其僵硬的羽毛呈丝状,更接近原始羽毛,而不像其他似鸟恐龙和鸟类拥有的片状羽毛。

但最神奇的地方还不是这些丝状羽,而是奇翼龙腕部的一根棒状长骨结构,这种类似结构从来没有在其他恐龙当中发现过,但却在一些会飞的四足动物的腕部或肘部、踝部附近存在,这些动物包括蝙蝠、翼龙和鼯鼠等,奇翼龙腕部的棒状结构和日本鼯鼠腕部长着的棒状结构尤其相像。

在以上提到的这些动物中,这种棒状结构都支撑着翼膜,用于飞行或者滑翔。奇翼龙标本确实也在棒状结构和手指附近保存了残缺翼膜。这意味着奇翼龙有着和鸟类及其恐龙近亲完全不同的翅膀,它的翅膀像蝙蝠和其他会飞的四足动物一样,主要由翼膜构成,而不是像鸟类及其近亲那样主要由飞羽构成。而在恐龙身上,这个发现是第一例。

由于这件标本太过奇特,保存也不够精美,研究者花费了很长时间分析化石,才确认了这一结构。徐星表示,已经可以相当确定地说,侏罗纪中期,在向鸟类演化的这一支系上,恐龙竞相“飞天”,带着翼膜的奇翼龙可谓独树一帜,它是这个飞翔演化过程中的一个先锋。它提醒我们,在飞行演化的早期历史中,兽脚类恐龙有着诸多创新性的尝试,许多支系不幸进了演化的死胡同,只有现生鸟类的这种飞行模式延续至今。

追寻鸟类的起源

鸟类起源研究与达尔文进化理论的发展密切相关,是古生物学和进化生物学最热点的方向之一。

这其中,徐星的贡献有目共睹。在鸟类起源研究领域最重要的两个方向——羽毛和飞行起源研究方向,徐星和合作者取得了一系列重要成果。通过研究发现在我国辽宁和内蒙古保存有软体组织印痕的恐龙化石,徐星为羽毛起源和早期演化的研究提供了重要信息,提出了新的演化假说。

在有关鸟类起源的时间序列问题上,徐星与合作者在辽宁和内蒙古的侏罗系地层,尤其是在新疆准噶尔盆地的侏罗系地层中发现的多种似鸟恐龙化石填补了若干进步兽脚类恐龙类群在侏罗系地层中的化石空白,极大提高了化石记录和系统发育假说之间的弥合度。

得益于中国似鸟恐龙和早期鸟类化石的大量发现,鸟类起源研究方向近年来取得了一系列重大进展。尽管如此,徐星认为这一方向依然存在许多需要解答的问题,依然是目前古生物学和演化生物学的热点研究方向。

近年来,采用整合手段研究演化问题成为了学科新趋势,许多学者从现生动物解剖学、生理学、发育生物学乃至基因组学角度开始对鸟类起源问题展开了探讨,取得了一批成果。

例如在2014年12月12日出版的《科学》杂志上,以专刊形式发表了八篇关于鸟类演化的最新论文,这一系列研究利用基因测序及分析技术,展示了有史以来最可信的鸟类演化树以及诸多鸟类演化中的重要事实。其中中国科学家发挥了关键作用。

在同一本期刊上,徐星与同事周忠和等撰写了有关鸟类起源研究的综述文章,对这一热点研究领域近年来取得的重要进展进行了全面总结,并提出整合性方法将是未来研究的发展方向,中国需要加强各个学科交流,采用整合手段在鸟类起源方向展开更深入的研究,保持这一研究方向的领先优势,推动更多相关问题的解决。

他们认为,近年来,传统古生物学越来越多地和以发育生物学为代表的现代生物学结合,探讨重要的演化问题。在鸟类起源研究领域,也出现了整合不同学科信息,探讨鸟类主要特征演化规律的尝试。徐星参与了多国科学家的多学科团队,对用整合性方法探讨鸟类起源的研究进行了全面分析。

徐星表示,多学科交叉,用整合方法探讨重要生物结构会推动许多悬而未决问题的解决。从总体来看,演化生物学正处在一个关键变革时期,有望取得重大理论突破。

徐星认为,从学科发展来看,基因组学与古生物学是中国少数几个能与国际先进水平并驾齐驱的学科,这两个学科的强强联合,会增强中国在具有国际竞争力的古生物学与基因组学这两个研究领域的创新能力。

《中国科学报》 (2015-08-17 第7版 学人)
 
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