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《自然》封面:没有成为鸟的神秘飞行者

撰文 | 栗静舒 责编 | 叶水送
经过漫长的演化,恐龙的一支——鸟类,开辟了天空,并繁衍出一个庞大的家族,数量达一万多种,几乎遍布地球的每个角落。而恐龙的另一支——侏罗纪擅攀鸟龙类(处在以羽翼为特征的鸟类支系上),却演化出类似蝙蝠的翼膜翅膀,像鸟的同时又像蝙蝠,是陆生动物的早期飞行者。从现有化石材料来看,这类恐龙在演化的历史舞台上,似乎刚一出场,便很快销声匿迹。
 
2019年5月9日,《自然》杂志以封面文章的形式,刊登了中科院古脊椎所王敏、周忠和、徐星等人对擅攀鸟龙类的最新研究 [1]。研究者发现了名为“长臂浑元龙”的新恐龙,它“穿着”鸟儿的“羽绒服”,用细长的第三指撑开可以上天的翼膜。
 
这是继奇翼龙之后,我们只有在奇幻世界才能出现的 “拼接” 生物,又一次引发公众对这一支恐龙的好奇心,也使恐龙从陆地到天空的演化事件再次成为关注的焦点。
 
何以飞翔
 
和人类一样,同是脊椎动物的擅攀鸟龙类(包括胡氏耀龙、树息龙和奇翼龙等),是依靠什么得以上天的呢?让我们假想自己是一个魔法师,张开双臂、伸出双手,根据下面的做法比划一下,也许能获得一些灵感。
 
 
举起手掌,再轻轻伸出第三指,把它拉长五倍,再把小臂也拉长一些,这样不必弯腰,指尖就能够到脚趾了,披上一件翼膜做的“披风”,你就做出了擅攀鸟龙类飞翔的姿势。
 
 
或者伸出无名指,以同样的方式撑开这件翼膜披风,就成了翼龙的飞翔姿 [2,3]。
 
 
再者,将大拇指收起,让另外四根指头延长,覆盖上翼膜,我们就可以像蝙蝠一样获得飞行能力。
 
这三种披膜飞行动物虽然属于不同的动物门类,但都演化出加长的手骨、指节骨以及膜质翅膀。和擅攀鸟龙亲缘关系近的鸟类,也有很多类似的特点。不过,它们的手指不需要延长,只要在三个指头和小臂上缠上羽毛,就基本复原出它们飞翔的部分样子。
 
 
除了骨骼特征,还有一个不得不提的飞行要素就是它们的翅膀——羽毛和翼膜。鸟类的翅膀上布满了片状羽毛,这对于飞翔的好处不言而喻。除此之外,羽毛还可以御寒,以及抵御紫外线的伤害。翼膜并不具备这些功能,比如有翼膜的大多数蝙蝠是夜行动物,有着冬眠的习惯。但翼膜的好处也不胜枚举,其灵活性和可折叠性可以让蝙蝠展示许多高超的飞行姿势,这是很多鸟类无法比拟的。
 
所以,擅攀鸟龙类虽然没有成为鸟,但就飞翔的“装备”而言,并不逊色。
 
为何飞翔
 
天空带给生物无限的可能性,在这里既能躲避天敌的捕杀,还能寻找更多的食物。然而,飞翔也并不总是一件特别划算的事情,是需要付出额外的代价,需要增加翅膀的表面积,需要改变累赘的沉重骨骼,以及加大肺活量,在飞行起源时,鸟类及其亲缘关系相近的非鸟恐龙显示出不同的前肢加长过程。
 
飞行可以说是自然选择的结果,不能说是学习的结果,就算人类喜欢飞翔,一直飞,也练不出来飞行的能力。
 
翼龙和擅攀鸟龙生活的时代,会飞的还有翔兽 [4]、古鸟类以及另外一些并没有被保存下来的飞行者。面对同一片蓝天以及相似的生存压力,在各个门类偶然的基因变异者中,自然选择将向天空这个空闲的生态位跃跃欲试的动物保存了下来,导致空中曾经一度变得拥挤不堪。竞争之惨烈,想较之陆地也是有过之而无不及吧。
图6《自然》封面上的远古翔兽(1.25亿年前会飞的哺乳动物)复原图
 
那么,擅攀鸟龙类虽然也可以飞翔,能不能适应当时的生态环境都难以预测,更不用说在此之后是否拥有安居乐业、种群繁盛的希望。
 
飞翔之后
 
同样是获得了飞行能力,鸟类繁衍至今,擅攀鸟龙类却过早地消失,二者似乎形成了鲜明的对比。其实不仅仅是擅攀鸟龙,一同灭绝的还有那些会飞的哺乳动物以及天空中过气的霸主——翼龙。
 
即使具备了飞行能力,真正想要活得长久,既要依靠自然选择去检验其适应水平,还需要那么一点点运气。在躲过了中生代晚期的生物大灭绝后,鸟类中的各类基因变异者不断地填补着各种生态位的空白,也使得飞翔的能力不仅仅局限在空中,如企鹅的祖先能上天,在恐龙灭绝后不久,它们依然保留着鸟类亲戚的结构,在同样是流体的海洋中,展翅“飞行”。
 
显然,鸟类在选择压力之下,不断地扩展空间,或飞上天空、提高飞行效率,或回到地面,甚至进入水里,最终成为我们看到现在这番繁荣景象。
 
  参考文献
[1]. Wang M A new Jurassic scansoriopterygid and the loss of membranous wings in the ropod dinosaurs. Nature. 2019. doi:10.1038/s41586-019-1137-z.
[2]. Fenton, M. B. (2001). Bats, revised edition. New York, NY: Facts on File Inc.
[3]. Bennett, S. C. (2015). New interpretation of the wings of the pterosaur Rhamphorhynchus muensteri based on the Zittel and Marsh specimens.Journal of Paleontology, 89(5), 845-869.
[4]. Yuanqing Wang, Yaoming Hu, Jin Meng,and Chuankui Li, An Ossified Meckel's Cartilage in Two Cretaceous Mammals andOrigin of the Mammalian Middle Ear. Science, 294: 357-361.
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