作者:任芳言 来源:中国科学报 发布时间:2020/8/10 0:21:02
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鸟儿会飞前,它们的祖先尽力了
古生物学家找到更多恐龙飞行的独立演化证据

     新的研究表明,鸟类最初演化出飞行行为时,还有许多物种在拍打翅膀。比如某些小型兽脚类恐龙,它们的动作与真正意义上的飞行很接近,虽然与鸟类演化路径不同,但它们中的一些依然有可能双脚离地、飞向天空。(图片来源:香港大学)

纽约自然博物馆,一处存放标本的仓库,中科院古脊椎动物与古人类研究所副研究员裴睿正在观察一份兽脚类恐龙化石。

他观察得很细致,用上了各式各样的测量工具,甚至会记录某种恐龙每只脚脚趾的摆放顺序。

这些详尽的记录,有助于人们理解鸟类的近亲祖先怎样进化出飞行能力。

8月初,相关成果在《当代生物学》发表,裴睿为文章共同第一作者。

“先前的研究认为,只有少数鸟类的近亲祖先有近似飞行的动作,但事实上,这一范围比我们想得更大”,论文通讯作者、香港大学研究助理教授迈克尔·皮特曼(Michael Pittman)告诉《中国科学报》:真正演化出飞行能力前,已经有许多鸟类的祖先在尝试拍打翅膀。

重建演化树

加入古脊椎所前,裴睿曾在香港大学从事博士后研究。彼时他已收集了一定数量的兽脚类恐龙标本数据。这些兽角类恐龙大多体型中偏小,其中,驰龙科和伤齿龙科作为恐爪龙类,被认为是与鸟类亲缘关系最近的近亲,为更多人熟知的小盗龙类即属于驰龙科。

在重建小盗龙类的演化树时,裴睿注意到,随着演化继续,其体型有逐渐变小的趋势。

“于是我们在分析中又加了一些和形态功能相关的数据,包括前后肢比例、体重等,这些数据似乎暗示着另一个趋势:小盗龙类的飞行能力是逐步增强的。”裴睿意识到,这可能是一个独立的飞行起源事件。

为了厘清古生物发展脉络,研究者常常需要借助谱系演化树。但兽脚类恐龙演化为真正鸟类的过程中,发生了许多平行演化事件。由于化石标定、特征选取时存在差异,一些演化树还存在模棱两可的地方。

比如,近鸟类是兽角类恐龙的演化支之一,其又分为恐爪龙、驰龙和伤齿龙三大分支,在不同演化树中,这三个分支有不同的先后顺序。

为了尽可能避免不确定性,裴睿等人重建的演化树中,尽可能包含了所有小型兽脚类恐龙的数据。

研究者重建了小型兽脚类恐龙的演化树。(图片来源:《当代生物学》)

他们与阿根廷国家科学技术研究委员会(CONICET)的研究者合作,优化了演化谱系分析的工作流程,为不同的演化特征赋予不同权重,以避免平行演化中出现模棱两可的分析结果。

最终,研究小组确定了近鸟类是否有飞行潜力的两项关键指标:翼负荷与起飞动力,前者决定了动物个体是否能持续飞行,后者即拍打翅膀时产生的力量能否使动物离地。

三个突破

对古生物研究者而言,探寻动物演化的一大障碍是无法亲眼见到过往真实场景。“我们无法看到动物怎样做一个动作、能达到怎样的效果。”裴睿表示。

一个迂回的办法是将古生物标本数据与现生动物做对比。研究小组同样采集了现生鸟类的翼展长度、体重等数据,包括会飞的鸟类和不会飞的鸟类,并依据会飞鸟类的数据反推出翼负荷与起飞动力,将之带入演化树中比对。

文章中,以现生的鸟类为参考标准,如果化石物种的翼负荷超过2.5克每平方厘米、起飞动力超过9.8牛顿每千克,才能算通过研究者设置的飞行门槛,即拥有主动飞行的潜力。

结果显示,除了广义的鸟类:鸟翼类,还有两类物种通过了门槛:驰龙类下属的小盗龙和胁空鸟龙。

但在其他物种中,研究者仍然观察到了主动飞行潜能的迹象,如长羽盗龙、晓廷龙等。“它们已经至少突破了一项指标,可能已有类似主动飞行的动作,它们在以自己的方式适应生存环境。”裴睿说。

分析发现,相当一部分近鸟类恐龙可能有飞行潜力。(图片来源:《当代生物学》)

“大部人认为,恐龙的飞行能力是有限的,但动物的潜力超出人类想象。”裴睿表示。

如果观察一只鹦鹉的运动行为,会发现在攀爬树枝时,其前后脚趾的摆放顺序会发生变化。“有时是一个脚趾在前、三个脚趾在后,有时是两前两后,有时三前一后,会根据场景的不同灵活运用身体的结构”,裴睿表示。

但在古生物研究中,一般只会根据某种动物的化石形态,推测其脚趾最可能的单一运动方式。

此外,在现生鸟类中,研究者还观察到一个动作:鸟类一边拍打翅膀、一边沿着斜坡向上奔跑,这种接近飞行的举动也很可能存在于小型兽脚类恐龙中。

“接下来,我们会深入研究这些非鸟类拍打翅膀的有趣现象,并找到更多恐龙未能真正飞起来的原因。”皮特曼总结道。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.105

 
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