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古生物學家找到更多恐龍飛行的獨立演化證據

  

   

   

  小型獸腳類恐龍有多起近似飛行的獨立演化事件。圖片來源:香港大學

  紐約自然博物館,一處存放標本的倉庫裏,中科院古脊椎動物與古人類研究所(以下簡稱古脊椎所)副研究員裴睿正在觀察一份獸腳類恐龍化石。

  他觀察得很細致,用上了各式各樣的測量工具,甚至會記錄某種恐龍每只腳腳趾的擺放順序。這些詳盡的記錄,有助于人們理解鳥類的近親祖先怎樣進化出飛行能力。

  8月初,相關成果在《當代生物學》發表,裴睿爲文章共同第一作者。

  “先前的研究認爲,只有少數鳥類的近親祖先有近似飛行的動作,但事實上,這一範圍比我們預想得更大。”論文通訊作者、香港大學研究助理教授邁克爾·皮特曼告訴《中國科學報》,真正演化出飛行能力前,已經有許多鳥類的祖先在嘗試拍打翅膀。

   重建演化樹 

  加入古脊椎所前,裴睿曾在香港大學從事博士後研究。彼時他已經收集了一定數量的獸腳類恐龍標本數據。

  這些獸腳類恐龍大多體形中偏小,其中,馳龍科和傷齒龍科作爲恐爪龍類,被認爲是與鳥類親緣關系最近的近親,爲更多人熟知的小盜龍即屬于馳龍科。

  在重建小盜龍類演化樹時,裴睿注意到,隨著演化繼續,其體形有逐漸變小的趨勢。

  “于是我們在分析中又加了一些和形態功能相關的數據,包括前後肢比例、體重等,這些數據似乎暗示著另一個趨勢:小盜龍類的飛行能力是逐步增強的。”裴睿意識到,這可能是一個獨立的飛行起源事件。

  爲了厘清古生物發展脈絡,研究者常常需要借助譜系演化樹。但在獸腳類恐龍演化爲真正鳥類的過程中,發生了許多平行演化事件。由于化石標定、特征選取時存在差異,一些演化樹還存在模棱兩可的地方。

  比如,近鳥類是獸腳類恐龍的演化支之一,其又分爲恐爪龍、馳龍和傷齒龍三大分支,在不同演化樹中,這三個分支有不同的先後順序。

  爲了盡可能避免不確定性,裴睿等人重建的演化樹中,盡可能包含了所有小型獸腳類恐龍的數據。

  他們與阿根廷國家科學技術研究委員會(CONICET)的研究者合作,優化了演化譜系分析的工作流程,爲不同的演化特征賦予不同權重,以避免平行演化中出現模棱兩可的分析結果。

  最終,研究小組確定了近鳥類是否有飛行潛力的兩項關鍵指標:翼負荷與起飛動力,前者決定了動物個體是否能持續飛行,後者即拍打翅膀時産生的力量,決定能否使動物離地。

   三個突破 

  對古生物研究者而言,探尋動物演化的一大障礙是無法親眼見到過往真實場景。“我們無法看到動物怎樣做一個動作、能達到怎樣的效果。”裴睿表示。

  一個迂回的辦法是將古生物標本數據與現生動物做對比。研究小組同樣采集了現生鳥類的翼展長度、體重等數據,包括會飛的鳥類和不會飛的鳥類,並依據會飛鳥類的數據反推出翼負荷與起飛動力,將之帶入演化樹中比對。

  文章中,以現生的鳥類爲參考標准,如果化石物種的翼負荷超過2.5克每平方厘米、起飛動力超過9.8牛頓每千克,才能算通過研究者設置的飛行門檻,即擁有主動飛行的潛力。

  結果顯示,除了廣義的鳥類——鳥翼類,還有兩類物種通過了門檻,即馳龍科下屬的小盜龍和脅空鳥龍。

  在其他物種中,研究者也觀察到了主動飛行潛能的迹象,如長羽盜龍、曉廷龍等。

  “它們至少已經突破了一項指標,可能已有類似主動飛行的動作,它們在以自己的方式適應生存環境。”裴睿說,大部人認爲,恐龍的飛行能力是有限的,但動物的潛力超出人類想象。

  如果觀察一只鹦鹉的運動行爲,會發現在攀爬樹枝時,其前後腳趾的擺放順序會發生變化。“有時是一個腳趾在前、三個腳趾在後,有時是兩前兩後,有時三前一後,會根據場景的不同靈活運用身體的結構。”裴睿表示。但在古生物研究中,一般只會根據某種動物的化石形態,推測其腳趾最可能的單一運動方式。

  此外,在現生鳥類中,研究者還觀察到一個動作:鳥類一邊拍打翅膀、一邊沿著斜坡向上奔跑,這種接近飛行的舉動也很可能存在于小型獸腳類恐龍中。

  “接下來,我們會深入研究這些非鳥類拍打翅膀的有趣現象,並找到更多恐龍未能真正飛起來的原因。”皮特曼總結道。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.105

  (原载于《中国科学报》 2020-08-12 第1版 要闻)
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