《自然》杂志上刊登的照片,制图/中国恐龙网。
发现于辽宁西部鸟类化石的正模。
中国恐龙网 邢立达报道,10月21日出版的英国《自然》杂志发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所张福成和周忠和的一篇有关古鸟类飞行的文章。在这篇题为“一早白垩世鸟类的腿羽”的论文中,这两位专家报道了一只生活在1亿2千万年前的、既保存有完好的腿羽,又保存有短的尾羽的鸟类化石。该鸟腿部的羽毛可能能够帮助揭开原始鸟类的“短尾”之谜,同时也进一步支持了鸟类飞行演化经历了“四个翅膀”阶段的假说。
这枚发现于辽宁西部的鸟类化石在常人的眼里也许并不是一件宝贝:保存不完整,头部骨骼仅保存下颌等少量骨片,头后骨骼也仅保存腹面的一半。然而在专家的眼里这件化石却成了一件不可多得的珍贵研究材料。它不仅尾部具有短短的尾羽,而且腿部还保存具有空气动力学特性的羽毛。
在现生的飞行鸟类中,尾羽通常非常发达,羽轴粗长、羽片宽大,具有空气动力学特性,是飞行中产生升力的辅助器官,更是重要的飞行操控器官。发达的尾羽一方面可以像翅膀一样为鸟的飞行提供升力,另一个重要方面是在起飞、降落和完成空中技巧动作方面发挥重要的操控作用。
但是,在迄今发现的成百上千的鸟类化石中,除了有些种类保存有一对长长的、具有装饰功能的羽毛外,其他的尾羽都非常短。这与现代鸟类具有很大的不同。而对这些鸟类的骨骼形态学的研究发现它们确实应该具有了非常强的飞行能力,可以说与现代飞行鸟类并无太大差别。前肢翅膀羽毛的长度、宽度和形态构造与骨骼的形态学特征协调一致都说明这些原始鸟类应该具有较强的飞行能力;而这些鸟类的短短尾巴不仅过去没有引起大家的注意,而且还不能很好地解释这些古鸟类已经具有的较强的飞行能力。因此,原始鸟类是如何完成起飞、降落和一些空中技巧动作等问题一直是个未解之谜。
线条轮廓图,黄色表示腿羽,橙色表示尾羽
具有空气动力学特性羽毛在原始鸟类腿部的发现,使深受鸟类飞行起源之谜困扰的科学家们分明获得了意外的收获和灵感。
在这枚新发现的反鸟的小腿(胫跗骨和腓骨)外侧,保存有具有空气动力学特性的羽毛。虽然由于保存的原因,这些羽毛的内、外侧羽片的非对称结构并不明显,但是它们明显弯曲的羽轴(羽毛的中轴)已经使它们的空气动力学特性勿庸置疑。这些羽毛的另一个重要特征是它们的长度已经达到了胫跗骨长度的二分之一左右。虽然在有效负载面积上,排列在小腿的外测的8-12枚这样长的羽毛构成的飞行单元要远小于前肢的翅膀,但是在飞行布局上它们处在身体的后部,这样大小的有效负载用于操控起飞、降落及完成空中技巧飞行方面还是绰绰有余的,因为现代飞行鸟类的尾羽有效负载面积与前肢飞羽的相比也是非常小的,但同样可以有效完成飞行操控。这样,原始鸟类的短小尾羽造成的飞行操控能力的不足就能被发达的腿部羽毛所补充。在现代鸟类中,海雀的尾羽同样较短,但是海雀宽大的蹼足有效地补充了这种功能上的不足;而有些秃鹫的整个后腿,包括脚趾间的蹼瓣,在降落时帮助完成有效的“刹车”功能。
基于对不发达尾羽和发达腿羽的上述解释,他们的研究一方面佐证了基于骨骼形态学得出的原始鸟类的飞行能力较强的推测,另一方面也使看似怪异的短尾和后肢羽毛在飞行功能上得到了合理的解释。
另外,在飞行起源演化上,新发现的反鸟化石也进一步支持了首先由科学家C. W. Beebe于1915年提出的有关鸟类飞行起源经历了“四个翅膀”阶段的假说。在该假说中,Beebe通过始祖鸟的腿部存在廓羽这一现象提出在始祖鸟之前存在一个具有四个翅膀的祖先,存在于后肢上的翅膀具有被动降落的功能。同样出产于辽西的顾氏小盗龙由于后肢上存在具有空气动力学特性的腿羽而支持了上述假说。最近国外学者提出始祖鸟腿上也存在廓羽,其长度约为胫跗骨的三分之一左右。但是有关始祖鸟腿羽的争论并没有因此而结束。中国早白垩世鸟类腿羽的发现,因此也支持了始祖鸟具有腿羽的假说。