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中国的恐龙知识问答篇(下)

2020-09-23王原叶剑

化石 2020年3期
关键词:尾羽羽毛鸟类

王原 叶剑

1、 除了鸟类,还有其他“会飞的恐龙”吗?

的确有。在我国辽宁中生代地层中就发现几种会“飞”的恐龙的化石,比如侏罗纪晚期近鸟龙科的近鸟龙(Anchiornis,见题图)和足羽龙(Pedopenna),以及白垩纪早期驰龙科(该科一个著名成员叫伶盗龙Velociraptor,又名迅猛龙)的小盗龙(Microraptor)等等。它们的身体结构还是恐龙,但已经长出了片状的羽毛,应该在早期飞行中具有一定的作用。其中的近鸟龙也许飞行能力稍弱,可能在地面上的活动更自如。同属于近鸟龙科的彩虹龙(Caihong)的尾羽已经具有了不对称羽毛。具有树栖特征的小盗龙的翅膀羽毛已经与鸟类的飞羽一模一样:中间羽轴两边的羽片是左右不对称的,具有飞行的空气动力学结构。小盗龙确定能够飞上蓝天,尽管飞行能力还不如现代的鸟类。总之,那些与鸟类亲缘关系很近的恐龙(近鸟龙类、擅攀鸟龙类、小型驰龙类等),在形态上已经十分接近鸟类。

2、 恐龙最初长出羽毛的时候,羽毛的功能是用于飞行吗?

不是。最早的原始羽毛(原羽,protofeather)都是细丝状的,有些像哺乳动物的毛发,但成分结构不同,蛋白成分有差异。另外,毛发外观鳞片叠瓦状,丝状羽毛外观有纵沟条纹。它们显然不能用于飞行,而是主要用于保持体温,推测具有暗淡的颜色。后来细丝状的羽毛分叉、出现羽轴,并片状化,最后演化为具有不对称羽轴的片状飞羽,这才具有了飞行的功能。当然,在此过程中,恐龙的羽毛也具有展示、炫耀求偶的功能,它们或者具有某种鲜艳的颜色,或者具有特殊的结构,就像孔雀的羽毛那样。比如耀龙(Epidexipteryx)的四根带状尾羽、尾羽龙(Caudipteryx)的扇状尾羽就都具有展示的功能。从出现先后顺序上看,用于保温和展示的羽毛出现得更早;羽毛用于飞行是在羽毛演化的晚期,结构更为复杂,并且出现空气动力学功能后才实现的。

3、 世界最大的带羽毛恐龙是哪个?

华丽羽王龙(Yutyrannus huali)。它生活在1.25亿年前的辽宁,身长约9米,体重约1.4吨,是一种两足行走的凶猛的原始暴龙类,也是世界己知体型最大的带羽毛恐龙。羽王龙全身覆盖着丝状羽毛,最长可达20厘米,其主要作用可能是保暖。羽王龙和其他带羽毛恐龙的发现具有一定的环境指示意义,说明在当时至少存在季节性的寒冷气候。

羽王龙

羽毛的演化过程(来源:徐星)

窃蛋龙孵蛋(制图:上海睿宏)

4、 羽毛的演化过程是怎样的?

比较复杂。羽毛是表皮的角质化衍生物。绒羽结构较简单,但由羽轴和羽片构成的正羽结构相当复杂。这么精巧复杂的结构,会在恐龙和鸟类中独立起源和演化两次,显然是难以想象的。因此,在恐龙身上发现与鸟类类似的羽毛,意味着鸟类的羽毛来自其恐龙祖先。

根据化石证据和对现生羽毛发育的研究,学者们提出了关于羽毛演化过程的假说:最初是最简单的、单根的丝状原羽。然后是分叉的丝状羽毛。接下来,羽轴和构成羽片的羽枝出现。羽枝通过羽小枝、羽小钩等精细结构勾连、编织,就形成羽轴两侧对称的片状羽毛。最终,不对称飞羽出现在某些恐龙和早期鸟类身上,使它们飞上了蓝天。

5、 窃蛋龙是偷蛋的恐龙吗?

不是。它蒙受了不白之冤!1923年,美国古生物学家在蒙古戈壁地区发现了一具不完整的恐龙骨骼化石。紧挨着这只恐龙,还保存了一窝15枚恐龙蛋。研究者认为,这窝恐龙蛋是当地常见的一种恐龙——原角龙的蛋,而这具新发现的恐龙骨骼特征显示,它肯定不是原角龙——这是多么生动的一幕远古偷蛋场面!于是在1924年,这种恐龙被命名为“喜好角龙窃蛋龙”(Oviraptor philoceratops),意思是喜欢偷吃角龙蛋的窃蛋龙。

70年后,又有一批美国古生物学家考察了那片戈壁。他们很幸运,发现了一种新型的窃蛋龙类的化石,其骨骼也与类似“原角龙蛋”的蛋窝保存在一起。更神奇的是,在附近还发现了一窝“原角龙蛋”,其中有一枚蛋中保存了恐龙胚胎化石,但鉴定结果却不是原角龙胚胎,而是窃蛋龙类的胚胎。于是,学者们意识到,当年窃蛋龙骨骼附近的蛋并不是原角龙的蛋,而是窃蛋龙自己的蛋,它不是在偷蛋,而是在孵蛋的时候突然遭受了灭顶之灾。它们不是邪恶的小偷,而是慈爱的父母(目前还分不清雌雄)。

虽然沉冤昭雪,但根据古生物学命名“优先律”原则,是不能给它们重新起名字的。所以“窃蛋龙”这个恶名还得继续用下去,这真是太悲剧了!

6、 有长了四个翅膀的恐龙吗?

小盗龙

美国莱特兄弟第一架双翼飞机的第一次试飞(拍照时飞机已经飞离地面)

有的。前面提到的近鸟龙和小盗龙,除了前肢上长有片状的飞羽外,在它们的后肢和足部,也具有类似的羽毛。当它们腾空而起,展开四肢御空而行时,就成为一个四翼飞行者。后来的化石发现又进一步显示,有些早期鸟类(如会鸟Sapeornis)也具有四个翅膀。据此推测,从恐龙到鸟类的飞行演化,经历了一个“四翼飞行”的早期阶段,而大多数早期的飞行恐龙都是这样的“四翼恐龙”,代表恐龙学习飞行的前期阶段。巧合的是,1903年,美国莱特兄弟制造了人类第一架主动力飞行的双翼飞机,也有上下左右“四翼”。现在的飞机和现代鸟类一样,都已经从“祖先”的四翼转为主要靠一对翅膀飞行,而且飞得更好。恐龙学习飞行和人类学习飞行的过程是多么地相似呀!

奇翼龙(张晓梅供图)

7、 世界上有长着“蝙蝠翼膜”的飞行恐龙吗?

还真有!很多证据显示,恐龙与鸟类一样,都是用羽毛飞行的;而翼龙和蝙蝠则是用翼膜飞行。可这个世界还真有一些例外的“奇葩”。2015年4月29日出版的国际科学期刊《自然》(Nature)上,发表了我国恐龙学者徐星研究员等人的一篇研究论文,报道了发现于河北的一种长着“蝙蝠翼膜”的奇特恐龙。它生活在1.6亿年前的侏罗纪中晚期,腕部有一根奇特的棒状长骨。这种长骨从未在其他恐龙中出现过,但在翼龙、蝙蝠、鼯鼠等飞行脊椎动物身上,却都有类似的结构,且都支撑着用于飞行的翼膜!虽然当时的天空中翼龙成群结队,但这种动物的骨骼结构却显示,它的身份是非鸟恐龙而不是翼龙。在当时发现的所有恐龙中,借助“翼膜”飞行,这种动物可谓独此一家,因而获得这个命名:奇翼龙——意思是“奇异的翅膀”。

无独有偶,2019年,科学家在辽宁凌源1.6亿年前的地层中发现了一种被称为“长臂浑元龙”(Ambopteryx longibrachium)的恐龙,也同样拥有蝙蝠一样的翼膜。它与奇翼龙一样,同属于擅攀鸟龙类。看来,恐龙中的确有“蝙蝠侠”呀!

这里还有一个小插曲:奇翼龙(Yi qi)的学名用的是拼音,只有4个字母,是世界上已知名字最短的恐龙。因为生物命名用双名法,且属名和种名需要有一定的含义,所以这四个字母的最短恐龙名字纪录,估计很难被打破了!

鸟类起源的树栖假说示意图

8、 关于飞行的起源,有什么重要的假说?

目前有两种主要假说。“地栖起源假说”认为,鸟类的恐龙祖先生活地面上,后肢发达,适于奔跑和跳跃。随着个体的小型化,奔跑中的跳跃距离越来越远,再加上羽翼的上下拍打,降落中可产生滑行,最后演化为飞行。这一假说最新的一个修正版是,翅膀及拍打动作是恐龙在爬坡过程中的演化优势特征,并因此被保存下来,最终发展为飞行。

而另一种假说“树栖起源假说”认为,鸟类的恐龙祖先在飞上蓝天之前,有一个树栖生活阶段。它们在树和树枝间跳跃、滑行,最后演化为滑翔和飞行。

现有证据显示,地栖假说和树栖假说可能都不全面。在演化的早期,可能是地栖假说占主导,而在后期是树栖假说占主导。小盗龙等真正会飞的恐龙,都是树栖型的。

9、 恐龙羽毛的颜色是什么样的?

这是最近才知道的。过去很多年来,科学家并不知道恐龙的颜色,所有的生态复原图中的恐龙颜色都是依据对恐龙分类、行为和生存环境等因素的推测,而缺少直接的证据。从2010年开始,中外学者相继对中华鸟龙(也称“中华龙鸟”,见封面)、近鸟龙、小盗龙等带羽毛恐龙羽毛中保存的黑素体开展深入研究,并将黑素体的结构、排布方式等与现代鸟类进行比对,终于揭示了这些恐龙生前的羽毛颜色。中华鸟龙的羽毛颜色呈栗色或红棕色,尾部有白色环带;近鸟龙的体羽颜色主要为灰、黑两种颜色,头顶羽毛主要呈红褐色,四肢上的长羽则是黑白相间;小盗龙的羽毛则是以黑色为主,在阳光照射下具有彩虹光晕效果。恐龙羽毛的缤纷多彩,推测会让它们发展出与鸟类相似的炫耀性舞蹈等求偶行为。

小盗龙(制图:上海睿宏)

天宇龙(制图:上海睿宏)

10、 恐龙与鸟类都有哪些相似性?

很多。约1.6亿年前,天宇龙(Tianyulong)、耀龙、近鸟龙等带羽毛恐龙开始出现;约1.5亿年前,始祖鸟(Archaeopteryx)等与恐龙相似的最早的鸟类也出现了。从那之后,直至白垩纪末,非鸟恐龙与鸟类共存了8000多万年。其间生存过大量“半龙半鸟”的生物,它们或者更像恐龙,但带着传统意义上的鸟类特征,比如羽毛、叉骨等,或者更像鸟类,但残留着传统意义上的恐龙特征,比如长的尾骨、牙齿、指爪,等等。

尾羽龙复原图(杨恩生绘)

除羽毛之外,鸟类与恐龙的相似性,还重点表现在骨骼、行为、生理特征等方面。这些传统分类学鉴定用特征被恐龙和鸟类两个类群共享,已经模糊了这两大类群的分类界线。由此揭示,鸟类是从恐龙中的一支直接演化而来的,是恐龙的后裔。

骨骼的相似性自不必说,因为有很多的化石证据。带羽毛的恐龙在行为方面也与鸟类有诸多相似性。比如,窃蛋龙的偷蛋之冤得雪,在还窃蛋龙清白的同时,也意味着一些恐龙会和现在的鸟类一样筑巢、孵蛋、照顾幼龙,是爱心荡漾的父母。尾羽龙、耀龙等拥有的精美尾羽,可能显示这些恐龙与某些鸟类一样具有炫耀羽毛求偶的行为。而寐龙(Mei long)的化石则保存了与鸟类相似的睡姿:后肢蜷缩在身下,口鼻部伏在一只前肢之下。

恐龙也有诸多似鸟的生理特征。在早期研究中,恐龙被复原为大型、四足、慵懒的爬行动物。但近年的许多新证据,支持“恐龙是温血动物”的假说,恐龙被重新定义为行为活跃的动物,至少具有相对稳定的体温。现在科学界普遍认为,许多恐龙具有比现存爬行类(比如龟、蜥蜴、蛇、鳄)更高的代谢率,生理上更接近现在的鸟类和哺乳动物。有些恐龙的骨骼中具有气囊,也显示了与鸟类相似的用气囊辅助呼吸的生理特点。

上述所有相似性指向一个推论:恐龙与鸟类具有密切的亲缘关系。恐龙没有灭绝,鸟类是未亡的恐龙。

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