化石印记，羽毛的秘密！

在过去的几十亿年时间里，

地球上的生物从出现到繁荣，

始终在不断演化着！

今天，当我们

看到鸟类长有羽毛，

可以在天空自由飞翔时，

并不会觉得惊异。

那么，羽毛究竟是

如何形成并演化的？

始祖鸟化石（图源@H. Raab）

小盗龙（图源@文献[1]）

中华龙鸟（图源@Llez）

许多奇特化石的出现

给了我们一些重要线索！

（图源@Sergey Krasovskiy）

01

科学家们花了很长时间

才把恐龙和羽毛

以及鸟类联系起来。

（图源@Mika McKinnon）

而第一块向我们展示

恐龙、羽毛和

鸟类关系的化石

——1861年在德国

索尔霍恩芬石灰岩发现的始祖鸟

（Archaeopteryx ）

——它的历史可追溯到

侏罗纪时期。

始祖鸟化石（图源@H. Raab）

“Archaeopteryx ”的意思

是“第一只翅膀”。

19世纪的专家们很快确定

它是一种古代鸟类。

毕竟在那个时候，

鸟类是我们所知道的唯一

有羽毛的动物，

而这只鸟肯定有羽毛。

始祖鸟复原（右）（图源@Durbed）

除此之外，始祖鸟

也有一些其他特征

——对于鸟类来说

奇怪的特征。

例如长而多骨的尾巴、

手指爪，还有小牙齿

——通常在爬行动物身上

看到的东西。

始祖鸟骨架重建（图源@Jim/ Springfield PA, United States of America ）

这些线索表明，

鸟类很可能是由

生命之树的爬行动物分支

进化而来。

（图源@Evolution-Color-Science-Information-Poster）

经过几十年的研究和辩论，

古生物学家开始发现

小小的始祖鸟外貌与恐龙相近。

直到1996年——

始祖鸟首次被发现后135年

——一次幸运的发现证实了

他们怀疑的东西。

中华龙鸟化石（图源@Sam / Olai Ose / Skjaervoy）

在中国发现了一具

保存完好、关节清晰的，

与鸡大小相似的恐龙骨架。

化石显示这只小恐龙的脖子、

后背和尾巴上有一排绒毛。

中华龙鸟化石（图源@文献[2]）

古生物学家将

这一革命性的发现命名为

中华龙鸟

（Sinosauropteryx）。

它证实了羽毛的历史

可追溯到更久远的年代。

中华龙鸟复原（图源@Robert Nicholls）

事实证明，中华龙鸟

只是众多发现中的第一个。

越来越多长有羽毛的

化石记录出现

为专家们提供了

羽毛进化过程的细节。

中华龙鸟（图源@Evolution-Color-Science-Information-Poster）

恐龙绒毛（Dino Fluff）

——专家们技术上

称之为原始羽毛

——也许可以追溯到三叠纪时期。

根据不同时间段的羽毛化石，

古生物学家们能够拼凑出羽毛

是如何从基本的丝状结构

发展到能够飞行的结构的。

带有羽毛痕迹的尾巴碎片（图源@Kumiko）

例如羽暴龙（Yutyrannus），

一种来自中国的暴龙，

化石显示它的皮肤毛囊

长出了一缕缕毛发。

羽暴龙复原（图源@Robert Nicholls）

而从这些简单的绒毛开始，

原始羽毛随着时间推移

变得更加复杂。

像小型的帝龙（Dilong）和

小型食肉恐龙侏罗猎龙

（Juravenator），

其原始羽毛的中央茎

在顶部附近分叉。

帝龙复原（图源@Robert Nicholls）

一旦原始羽毛开始分叉，

它们就能呈现出各种新的形状。

羽毛的中心部分变成

被称为羽轴的硬化结构，

上面有许多小倒刺和小枝，

形成了羽毛片。

侏罗猎龙复原（图源@Tom Parker）

与鸟类关系密切的恐龙，

如小盗龙（Microraptor）和

始祖鸟（Archaeopteryx），

都有这样的羽毛。

小盗龙（图源@Durbed）

02

为了更好地了解

羽毛的演化历史，

让我们来看看

这些有羽毛生物的家谱。

双冠龙（图源@Eduard Solà）

就从兽脚亚目恐龙开始：

它们包括食肉双冠龙

（Dilophosaurus）

和鹦鹉状的杂食窃蛋龙等

（Oviraptor）。

窃蛋龙（图源@The dinosaur book）

还有一群兽脚亚目恐龙

——被称为虚骨龙

（ coelurosaurs ），

这群恐龙的每一个分支

都有某种证据表明

身体覆盖着羽毛，

无论是绒毛还是全身羽毛。

虚骨龙（图源@Esv Sam / Olai Ose / Skjaervoy Kabacchi）

这个群体包括鸟类，

还有其他各种各样的

兽脚亚目恐龙，

比如有巨大手爪的镰刀龙

（ Therizinosaurs ）。

镰刀龙复原（图源@PaleoNeolitic）

但这还不是全部。

在恐龙族谱的另一边，

有另一个更广泛的群体，

叫做鸟臀目恐龙

（ ornithischians）。

它们也有类似羽毛的

身体覆盖物。

鸟臀目恐龙（图源@Daderot）

以鹦鹉嘴龙

（Psittacosaurus）为例，

它是一种小角恐龙，

曾经在中国到处奔跑。

人们发现它的尾巴上长着

保存完好的刺状细丝。

鹦鹉嘴龙复原（图源@Robert Nicholls）

同样，一种来自俄罗斯的

侏罗纪恐龙化石，

叫做库林达奔龙

（Kulindadromeus），

也显示它几乎覆盖着

类似羽毛的结构。

库林达奔龙复原（图源@Durbed）

事实上，羽毛和

类似羽毛的结构出现在

这些非常不同的恐龙群中

可能意味着：

原羽毛在历史上

不止一次进化；

这些羽毛在未来的一些

种群中（如鸟类）被保留下来，

但在另一些种群中消失了。

羽毛化石（图源@arstechnica.com）

一些特定恐龙群中

羽毛存在的很好的数据。

但有些恐龙我们没有直接证据

证明它们有羽毛。

我们便可以通过系统发育括号

（ phylogenetic bracketing）

——利用相关物种的特征

来做出有根据的猜测。

系统发育括号推测生物形态（图源@Smokeybjb）

即虽然没有直接证据表明

霸王龙（T. rex）身上有羽毛，

但这只暴龙很有可能

至少有一点毛绒绒的，

因为在其他暴龙身上

也发现过原始羽毛。

霸王龙复原（图源@Aylin Woodward）

那么，这些生物最初

为什么会长出羽毛？

（图源@Fred Wierum）

03

首先，羽毛是

很好的绝缘材料，

部分羽毛鲜艳的颜色

在信息表达时也非常方便。

中华龙鸟的尾巴上有

锈红色和白色的条纹，

这可能帮助它

向其他物种发出信号。

中华龙鸟（图源@Benjamin Buckland ）

同样，一种名为耀龙

（ Epidexipteryx）

的小型奇怪恐龙的化石显示，

它有长长的带状尾羽，

十分艳丽。

耀龙复原（图源@Nobu Tamura）

随着时间发展，

原始羽毛开始变得更加复杂，

看起来更像鸟类翅膀的结构。

但它们对地面上的生活

仍有很多用处。

羽毛化石（图源@ University Of South Florida）

例如，在蒙古发现了一具

令人惊奇的葬火龙骨架，

根据对其亲属的了解，

这只恐龙可能用

覆盖着羽毛的前肢

来保护它的巢穴。

葬火龙（图源@Steve Starer）

对现存鸟类的研究表明，

鸟类在奔跑时扇动翅膀

可以更好地抓住倾斜的地面。

体型较小、前肢长羽毛的

兽脚亚目恐龙

可能拥有这种技术，

用来躲避大型非攀爬捕食者。

羽毛化石（图源@.discovermagazine.com）

最后，羽毛可以使

一些生物成为更好的猎手。

像恐爪龙（ Deinonychus）

这样有长长的前肢羽毛的

陆生恐龙可能像现代的迅猛龙

——将小猎物固定住，

并扇动翅膀来帮助它们稳定抓地力。

恐爪龙复原（图源@.discovermagazine.com）

时至今日，羽毛的演化

成为研究恐龙进化和

鸟类形成的重要部分。

对于我们来说，每一个新发现

都将继续增强我们对

地球生物演化的认识和了解。

（图源@Natural History Museum）

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参考资料：

[1] Hone D W E , Tischlinger H , Xu X , et al. The Extent of the Preserved Feathers on the Four-Winged Dinosaur Microraptor gui under Ultraviolet Light[J]. Plos One, 2010, 5(2):e9223.

[2] Countershading and Stripes in the Theropod Dinosaur Sinosauropteryx Reveal Heterogeneous Habitats in the Early Cretaceous Jehol Biota.

[3] Theagarten, Lingham-Soliar, Alan, et al. A new Chinese specimen indicates that 'protofeathers' in the Early Cretaceous theropod dinosaur Sinosauropteryx are degraded collagen fibres[J]. Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences, 2007.

[4] Xu X , You H , Du K , et al. An Archaeopteryx-like theropod from China and the origin of Avialae.[J]. Nature, 2011, 475(7357):465-470.

Geology、Science、BBC、维基百科、搜狐、百度百科等

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