中国科学家发现郑氏重明鸟,我国发现基干鸟类

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该项研究得到中国科学院青年创新促进会、科技部“973”项目、国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室开放课题基金等项目的支持。

骨架完整的巾帼鸟“完美”地补上了缺失的证据链。它和此前发现的、部分骨骼缺失的重明鸟是姐妹群,构成“巾帼鸟科”。研究团队通过原始鸟类骨组织结构的分析认为,愈合的肩胛乌喙骨是在孔子鸟目和巾帼鸟科中独立发生的,而愈合的发生可能源自这两个类群较快的生长速度。

必赢手机版登录网址,科学家们也发现,重明鸟的飞行能力较弱,为了弥补飞行能力的不足,它具有强烈弯曲的小掌骨,能更有效地支撑初级飞羽,防止飞羽受损。而重明鸟的肱骨具有非常发达的三角肌嵴,能够为重要的飞行肌肉提供更大的附着面积,从而弥补了其较弱的飞行能力。科学家们认为,这些特征组合再次表明,在飞行演化初期,原始鸟类演化出不同的特征来适应选择压力。(来源:光明日报 齐芳)

中生代的鸟类主要包括三个大的类群:原始的基干鸟类(如始祖鸟、热河鸟、孔子鸟和会鸟),和更为进步的鸟胸类——反鸟类和今鸟型类。为了详细讨论重明鸟的系统发育位置,研究者利用两个不同矩阵对其进行了支序系统学的讨论。在包含有大量非鸟类恐龙的矩阵中,重明鸟成为鸟胸类最近的外类群;而在包含有大量中生代鸟类的矩阵中,重明鸟成为仅次于始祖鸟的最原始的鸟类。

必赢手机登录网址,(文中图片均由中国科学院古脊椎动物与古人类研究提供)

从某种程度上说,重明鸟的发现填补了基干鸟类的一些空白。“我们认为重明鸟代表了基干鸟类的一个新的分支。”王敏说,“不过因为化石保存得并不完整,几处关键地方有缺失,所以还无法确定它在进化中的确切位置。”科学家们利用两个形态特征矩阵来讨论重明鸟在鸟类演化谱系树上的位置:在包含有大量非鸟类恐龙的矩阵中,重明鸟成了距离鸟胸类最近的“祖先”;而在包含有大量中生代鸟类的矩阵中,重明鸟成了仅次于始祖鸟的最原始的鸟类。

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必赢手机登录网站,研究主导者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王敏比喻说,就像昆虫研究中果蝇会因为压力而改变翅脉结构一样,在巾帼鸟的身上也体现出环境改变对个体发育过程产生的影响,进而引发了形态结构的“改变”。

右图为郑氏重明鸟生活复原图。史爱娟绘图

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25日出版的《自然》子刊《科学报告》发表了我国科学家古生物研究的最新进展——我国科学家在早白垩世的热河生物群发现了一类新的基干鸟类化石,命名为“郑氏重明鸟”。它的发现揭示了鸟类早期演化的复杂性,对科学家进一步了解早期鸟类的演化,有着非常重要的意义。

新标本发现于辽宁大平房早白垩世九佛堂组,研究者将这一新标本命名为郑氏重明鸟(Chongmingia zhengi),属名以中国神话传说中的“重明鸟”命名,种名为感谢山东天宇自然博物馆馆长郑晓廷先生建立山东天宇自然博物馆,并以此为基础保护大量重要脊椎动物化石标本所做的努力而命名。

巾帼鸟并不是现代鸟类的直系祖先。它是一种更为原始的鸟,与后来演化到今天的今鸟型类相比,已成为时光隐藏的传说。从化石中打捞这段“地球记忆”,对今人有何意义?

中国科学家发现郑氏重明鸟

研究者对重明鸟进行了骨组织学的研究,发现其骨璧主要是由纤维板骨构成,纤维板骨反映了较为快速的骨质沉积;重明鸟缺失在其它基干鸟类上所发现的生长停滞线,表明其生长快速而连续。发育的内环古板和次级骨单位,骨璧附近纤维的有序排列,以及密度减少并且扁平化的骨陷窝,都表明重明鸟在死亡时的生长速率显著下降,已经接近成年。而与大小相近的其它基干鸟类相比,重明鸟的生长速率介于热河鸟与孔子鸟之间。

国家自然科学基金委基础科学中心项目“克拉通破坏与陆地生物演化”团队成员赴冀北野外考察。

据王敏介绍,中生代的鸟类主要包括三个大的类群:原始的基干鸟类和进化得更为成功的反鸟类、今鸟型类,后两类鸟也被统称为鸟胸类。目前发现的大多数中生代鸟类化石都属于鸟胸类,全球“有60多个属种”。但基干鸟类只有始祖鸟、热河鸟、孔子鸟和会鸟四大类群,不到10个属,“我们认为,这其中必然会有更多的中间类群,否则难以解释鸟胸类是如何从基干鸟类演化而来并迅速繁盛起来的”。

图1 郑氏重明鸟正型标本,基干鸟类的肩带和手部骨骼的形态对比及重明鸟骨骼切片图

王敏简单地回答道:“认识自然,是我们的天性。”

这一研究成果由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员王敏、院士周忠和,临沂大学王孝理、王岩合作完成。

图3 郑氏重明鸟生活复原图

在巾帼鸟“横空出世”前,这一现象曾让古鸟类专家迷惑不解。毕竟,孔子鸟是1996年发现于辽宁省朝阳地区,距今约1.3亿年。它之所以成为热河生物群中最为著名的原始鸟类化石之一,是因为它是已知“最早具有角质喙的鸟类”。但没有人知道,为什么“比始祖鸟更像鸟”的孔子鸟,它的肩胛骨和乌喙骨如同鸟类的祖先恐龙那样,反而是愈合的?

研究发现,重明鸟保存有胃石,推测其为“素食者”。王敏说,这进一步表明植食性在鸟类演化初期较为普遍。这是鸟类的“生存策略”。在热河生物群中,不少体积更庞大的脊椎动物,如恐爪龙类和翼龙等,都具有飞行能力,并以肉食为主。因此,鸟类选择“素食”,有助于其减少在演化初期与其他脊椎动物的直接竞争,有利于占据生态位,对后期的演化成功有很大贡献。

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图2 郑氏重明鸟的系统发育位置

巾帼鸟正是一个“高度镶嵌演化”的例子:它的短尾巴、退化的手指、加长的前肢等,是典型的鸟类特征;但同时它的齿列、部分头骨和肩带形态又和兽脚类恐龙非常相似。因此,科学家将“迷惑”定为它的种名。

重明鸟保存有胃石,推测其为植食性,进一步表明植食性在鸟类演化初期较为普遍,如热河鸟、会鸟和多数基干今鸟型类。在热河生物群,一些脊椎动物同样具有飞行能力,如恐爪龙类和翼龙等,这些脊椎动物多以肉食性为主。因此,植食性在原始鸟类的广泛出现,有助于减少鸟类在演化初期与其它脊椎动物的直接竞争,有利于其占据生态位和后期的演化成功。

证据就是一块愈合的、与飞行有关的骨骼,称之为肩胛乌喙骨。

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王敏说:“巾帼鸟最大的意义在于它进一步表明,在讨论鸟类或者其他生物的早期演化,特别是镶嵌演化时,发育可塑性是一个非常关键的因素。”

重明鸟的部分形态特征说明其飞行能力较差,如愈合的肩胛乌喙骨、粗壮的叉骨。然而有趣的是,重明鸟的小掌骨强烈弯曲,从而扩大了与大掌骨之间的掌骨间隙。鸟类的初级飞羽附着于大掌骨,在飞行时经受空气阻力。研究者认为小掌骨恰好起着杠杆的作用,弯曲的形态增加了其力臂的长度,从而更有效地支撑初级飞羽,防止飞羽受损。上述的特征组合,再一次表明在飞行演化初期,原始鸟类演化出不同的特征来适应这一选择压力。

在近乎所有具有飞行能力的现代鸟类中,肩胛骨和乌喙骨通常是相互分离的。但如果追溯到鸟类开始征服天空的时间点,会惊奇地发现:被誉为已知“最早具有角质喙的鸟类”的孔子鸟的这两块骨头是愈合的,如同鸟类的祖先恐龙那样,说明这是一种“相当原始”、返祖的特征。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所王敏和周忠和,与山东临沂大学王孝理和王岩在1月26日出版的《自然》子刊《科学报告》(Scientific Reports)上联合报道了发现于热河生物群的一类新的基干鸟类化石,揭示了在早期鸟类演化初期出现了大量的趋同演化,其中的很多特征与飞行作用有关,表明在飞行演化初期,原始鸟类已经演化出不同的特征来适应自然选择压力。

科学家推测,也许是环境的压力,使得巾帼鸟和孔子鸟类必须缩短达到成年需要的时间,才能提高存活的概率。但这也带来了“副作用”:加快的成骨作用使得尚处在软骨阶段的肩胛骨和乌喙骨在骨化过程中“未来得及”相互分离就愈合了。

近日,来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究团队的一项科学发现显示:它就像沙鸡般大小,体重约250克,有短且小的翅膀,可能“飞行能力并不强”。但它却揭示了早期鸟类演化的一个独特现象——发育的可塑性。

距今1.27亿年前的原始鸟类迷惑巾帼鸟化石和复原图。

一类名为“迷惑巾帼鸟”的早白垩世原始鸟类,可能是目前已知仅晚于“孔子鸟”的、最原始的具有“短尾巴”的鸟类。但它又有许多独特的形态特征,其珍贵程度毫不逊色于“孔子鸟”。

这只距今约1.27亿年前的巾帼鸟,2017年发现于河北围场地区的热河生物群。其属名取自“巾帼”,寓意其“珍贵”,以此致敬所有工作在一线的女性科研人员。

古环境和食性的研究为追溯巾帼鸟的生态提供了线索。在早白垩世,河北地区除了零星的湖泊,遍布茂盛的树木。巾帼鸟保存有胃石,极有可能说明它是植食性的。通过对比巾帼鸟和现代鸟类翅膀的几何形态,科学家发现它的翅膀结构与生活在茂密树林里的鸟类相似,短而小的翅膀恰好能够在林间辗转腾挪、快速旋转,帮助它采食。

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