在化石中尋找“失落的世界”（圖）
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- 時間:2010-2-8 9:57:36 來源:科技日報
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科學(xué)家根據(jù)研究推斷的中華龍鳥色彩復(fù)原圖
鳥類起源于恐龍嗎？這一科學(xué)假說引來質(zhì)疑無數(shù)。中國學(xué)者參與的最新研究試圖解開縈繞在種種猜想中的未解疑團——
“其實，恐龍并沒有滅絕，而是以身披羽毛的形式生存著。”耶魯大學(xué)古生物學(xué)家約翰·奧斯羅姆的這句話讓人遐想聯(lián)翩。
鳥從何處來？其實自上個世紀(jì)70年代，奧斯羅姆復(fù)興了鳥類起源于獸腳類恐龍假說后，來自世界各地的化石證據(jù)都支持著這一假說。但爭論、質(zhì)疑聲也從未間斷：如果鳥類的祖先是恐龍，那為什么在最早的鳥類——“始祖鳥”之前的侏羅紀(jì)地層沒有發(fā)現(xiàn)似鳥恐龍化石？帶毛恐龍身上的“毛”究竟是不是羽毛？
一周前出版的《自然》和《科學(xué)》雜志分別發(fā)表了兩篇由中國學(xué)者參與的最新發(fā)現(xiàn)。隨著研究的深入，科學(xué)家們也許將逐一解開鳥類起源的種種謎團。鳥類何時出現(xiàn)？獸腳類恐龍分異時間框架如何確定？羽毛起源和早期演化過程是什么？化石正帶著我們走近那個“失落的世界”。
恐龍之“毛”與鳥類羽毛的同源關(guān)系得到證明
奧斯羅姆曾大膽推測，由于恐龍和鳥類的關(guān)系如此接近，至少在某些恐龍的身體上可能長有羽毛。上個世紀(jì)90年代以來，中國遼西熱河生物群中發(fā)現(xiàn)了很多長羽毛的恐龍，首次證實了這個大膽的假設(shè)，并從側(cè)面表明了鳥類與恐龍的親緣關(guān)系。
“1.3—1.2億年前的熱河生物群的各類古生物研究，是當(dāng)前國際古生物界的熱點之一。其中，恐龍和古鳥類研究可謂集關(guān)鍵和難點于一身，爭論頗多。”中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員張福成所指的爭論之一，就是對帶毛恐龍之“毛”性質(zhì)的質(zhì)疑。“有人認為某些恐龍中一些細絲狀的結(jié)構(gòu)并不屬于恐龍皮膚外的結(jié)構(gòu)，而是皮膚內(nèi)的纖維。如果這個結(jié)論成立，這將從根本上否定鳥類羽毛與恐龍的絲狀‘毛’狀物的同源關(guān)系，也將動搖鳥類起源于獸腳類恐龍學(xué)說的基石。” 張福成、周忠和、徐星、汪筱林等來自中國、英國和愛爾蘭的科學(xué)家通過掃描電鏡等的分析和研究，首次提供了恐龍的絲狀毛屬于皮膚衍生物，而不是皮膚內(nèi)纖維的確切證據(jù)。因為在這些帶毛恐龍的“毛”中找到了與鳥類羽毛類似的黑色素體，而黑色素體并不存在于皮膚內(nèi)部的纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)。
復(fù)原古生物顏色將成為可能
恐龍是什么顏色？古生物是什么顏色？當(dāng)你用“色彩斑斕”“五顏六色”等詞匯形容時，也許并不知道，這個“將今論古”的推測，卻鮮有化石的實證。
中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員周忠和告訴記者，在所有的脊椎動物中，鳥類的羽毛恐怕是最復(fù)雜的一類皮膚衍生物，其他種類的皮膚衍生物如爬行類的鱗片、哺乳動物的毛發(fā)等都比羽毛簡單得多。與之最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，鳥類的羽毛也同樣具有脊椎動物中最復(fù)雜的色澤和光澤以及最多樣的斑紋。
科學(xué)家這次在《自然》雜志發(fā)表的研究顯示，在古鳥類和恐龍皮膚衍生物中至少存在兩種黑素體，一種為真黑色素，另外一種為褐黑色素；后者在化石中首次發(fā)現(xiàn)。據(jù)推測，這些帶毛恐龍和古鳥類的身體已經(jīng)具有以灰、褐、黃及紅為主要色彩的基礎(chǔ)。
“黑色素體是能夠在化石中保存的。”據(jù)周忠和介紹，其實早在上世紀(jì)80年代和90年代，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了黑色素體，但都把它誤當(dāng)成細菌。直到2008年，耶魯大學(xué)的研究團隊首次在巴西早白堊世的化石羽毛中識別出了包含真黑色素的黑色素體。研究發(fā)現(xiàn)，化石中保存了許多含有黑色素的結(jié)構(gòu)如鳥類和魚類的眼睛、哺乳動物的毛發(fā)等。2009年，該團隊又研究了德國始新世的鳥類羽毛，再次發(fā)現(xiàn)了真黑色素體，進一步證實羽毛的顏色信息可以保存在化石中。
色素色主要是黑色素和脂色素兩大類色素的各種顏色及其不同比例的組合。除了色素色，羽毛的顏色和色澤還來源于結(jié)構(gòu)色。這些因素的共同作用，才使羽毛能展現(xiàn)出“赤橙黃綠青藍紫”的效果。“與黑色素不同，脂色素不是來源于特殊的色素細胞，而是直接來源于食物，我們至今還沒有在化石中發(fā)現(xiàn)脂色素。但是，以后我們將有更多的發(fā)現(xiàn)，甚至復(fù)原各類古生物的顏色。”周忠和說，“過去我們的復(fù)原都是想象和間接的推測，而現(xiàn)在則是建立在化石證據(jù)之上。當(dāng)然，完全復(fù)原古生物顏色是不可能的，只能說部分的復(fù)原。但我相信，未來幾年，研究古生物毛的顏色將是一個熱點。”
令人困惑的時間缺口是這樣彌補的
鳥類的祖先是恐龍，這一假說有著為數(shù)不少的解剖學(xué)證據(jù)。然而，化石記錄中卻有一個令人困惑的“時間缺口”。
中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員徐星告訴記者，目前已知最早的鳥類是發(fā)現(xiàn)于德國索倫霍芬地區(qū)晚侏羅世晚期地層的始祖鳥。“如果鳥類的祖先是恐龍，我們應(yīng)該在侏羅紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)大量與鳥類親緣關(guān)系密切的似鳥恐龍化石。遺憾的是，在世界范圍內(nèi)，這個時期的似鳥類恐龍化石記錄非常匱乏，大部分化石證據(jù)都來自白堊紀(jì)，這也就成為一些學(xué)者反對鳥類起源于恐龍假說的證據(jù)。”
這個時間悖論造成的結(jié)果就是：“祖先”（與始祖鳥關(guān)系最近的似鳥恐龍）比“后裔”（始祖鳥）還“年輕”！？
其實早在2000年，徐星和來自中國、美國、加拿大等7個國家研究人員組成了國際研究小組，開始對新疆準(zhǔn)噶爾盆地出露的侏羅紀(jì)中晚期地層進行了細致的地質(zhì)古生物學(xué)調(diào)查，采集了一批重要的化石標(biāo)本，也使得這一地區(qū)成為世界上最重要的侏羅紀(jì)中晚期陸生動物群產(chǎn)地之一。
“該項目的重要目標(biāo)之一，就是通過研究更早期的似鳥獸腳類恐龍來復(fù)原恐龍向鳥類演化這一過程。”徐星告訴記者，幸運的是，他們陸續(xù)找到了相關(guān)化石：去年發(fā)現(xiàn)的角鼻龍類化石，為長期以來爭論不休的鳥類手指同源問題的解決提供了重要信息；今年找到似鳥恐龍的另一個支系——阿爾瓦滋龍，并把阿爾瓦茲龍的化石記錄提前了至少6千萬年。這一新的時間記錄為我們推測獸腳類恐龍各個支系的分異時間，確定最早鳥類出現(xiàn)的時間，提供了依據(jù)。
有關(guān)阿爾瓦茲龍類化石的研究成果發(fā)表在1月29日出版的《科學(xué)》雜志上。徐星和美國喬治華盛頓大學(xué)克拉克教授領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組在這篇論文中，把新發(fā)現(xiàn)的阿爾瓦茲龍類命名為“靈巧簡手龍”。他們認為，新發(fā)現(xiàn)表明這一類群的進步屬種和鳥類相似的特征實際上是趨同演化的結(jié)果，似鳥恐龍在1.6億年前已經(jīng)開始分化，其中一支演化出鳥類。
“結(jié)合我們早期發(fā)現(xiàn)的化石分析表明：從恐龍到鳥的演化關(guān)系，與化石分布記錄有很好的吻合度。這一研究成果將近一步豐富我們對恐龍向鳥類演化過程的理解。”徐星說。
