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地球上第一个穿“羽绒服”的竟是它

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各种恐龙大片中,翼龙(Pterosaur)作为一种会飞的爬行动物,上镜率很高。它们是恐龙的“旁系近亲”,与恐龙一起生活在约2.3亿至6600万年前。以往的研究通常认为恐龙是最早具有羽毛状结构的生物。

但就在最近,南京大学教授姜宝玉领衔的科研团队在两块蛙嘴龙(一种很小的翼龙)化石上发现,翼龙的毛发也具有羽毛状结构,且其中许多类型的毛发结构和恐龙及鸟类的毛发结构相似。这将羽毛状毛发结构的起源一下提前了约7000万年,前移到2.5亿年前的三叠纪早期。该结果发表在《自然-生态与演化》杂志上。

翼龙身上发现4种毛发

人们在将近200年前就已经发现翼龙体表覆盖着一层毛发,但普遍认为这些毛发大概就像头发一样是简单的单根结构,并且与恐龙毛发以及鸟类的羽毛起源和结构都不同。“大家都认为翼龙有毛发,但它的毛发具体是什么结构,是和人的头发一样呢?还是和鸟类的羽毛一样呢?这些问题没有人进行过深入研究。”姜宝玉对此抱有一些疑惑。

“中国地质科学院地质研究所保存着一块具有毛发结构的翼龙标本,2015年我们在内蒙古宁城县道虎沟地区进行野外调查时又发现了一块。当时化石上面还能清晰地看到毛发,我们就很兴奋地立马带回来做研究。”姜宝玉说,“化石复原出来是一只骨骼还未发育成熟的翼龙幼体,翼展大概45厘米长,和一只鸽子差不多大。这两只翼龙都来自中国侏罗纪中晚期(约1.65—1.6亿年前)的燕辽生物群,都属于短尾、阔嘴的蛙嘴龙类。”姜宝玉的博士生杨子潇把之前粘好的化石拆分开,一块一块放在扫描电镜下仔细观察,同时和保存在中国地质科学院地质研究所的翼龙化石作对比,花了大概一年半的时间才发现了翼龙毛发的分形态和超微结构,并根据它的亲缘性分析确定了这种毛发结构和羽毛是同源的。

姜宝玉的团队在翼龙身体上共发现了4种毛发,它们结构各不相同。第一种是中空的单丝状毛发,类似“头发”,分布在几乎全身各部位;第二种是刷子状的,根部是一个长轴,顶端有许多辐射状的分岔,大多分布在颈部、前肢近端、脚掌和尾巴近端的部分;第三种比较直,有个明显的主轴,但在中段有些小分岔,分布在颌部;最后一种是从根部就开始分岔,呈绒毛状,分布在翅膀位置。这4种结构的毛发之前只发现于恐龙的两个主要类群——植食性的鸟臀类(Ornithischians)和兽脚类(Theropods)(其中一支演化成为鸟类)。杨子潇说:“借助高倍显微镜仔细观察化石的各个角落,我们发现所有4种毛发在翼龙身上都保存了可观的数量。”这一发现改变了人们对翼龙只有单一毛发的刻板印象。

新发现使羽毛起源一路前移

长久以来,羽毛一直被当成鸟类的专利。上世纪90年代以来,中国辽西发现了大量保存精美的带毛恐龙化石,羽毛不再是鸟类的专利,而是源自于其兽脚类恐龙祖先。在后续的研究中,在一些小型鸟臀类恐龙如鹦鹉嘴龙(Psittacosaurus)、天羽龙(Tianyulong)以及库林达奔龙(Kulindadromeus)身上也都发现了羽毛,因此羽毛演化的可能起源就随之扩展到整个恐龙类群之中。

本次研究所发现的4种毛发中,第三种中部有分岔的结构只有现生鸟类才有,其他3种在恐龙身上都有,而且其外部形态以及内部结构都与恐龙的许多类群非常相似。姜宝玉分析说:“这些证据表明,翼龙的毛发很可能与恐龙的毛发有着相同的起源,羽毛结构起源起码要追溯到它们共同的祖先。鉴于化石不能用DNA测序的方法,我们只能用生物学常用的性状分析,把数百种形态性状进行编辑,然后通过计算机计算进行推导。最后我们发现恐龙和翼龙的共同祖先是大约在2.5亿年前的鸟跖类(Avemetatarsalia)。”这样的话,羽毛结构起源就从鸟类、兽脚类恐龙、恐龙类一路往前移动到由恐龙和翼龙组成的鸟跖类了。

有关翼龙的化石早就存在,但是直到现在它的羽毛结构才被发现,究其原因,姜宝玉说:“一方面是燕辽生物群的羽毛都保存得特别好。另一方面是现在科技的进步给我们提供了很多先进的仪器。比如以前受仪器限制,在化石上面微米尺度的生物结构就被简单认定为微生物结构,直到2008年才被证明是保存下来的色素体。现在透射电镜、扫描电镜、同步辐射等先进仪器给我们的研究提供了很大的帮助。”

责任编辑:熊静祝
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