各国古生物学家热议中国发现“双翼飞机”式鸟类祖先化石

保存有后肢羽毛的会鸟化石标本

1903年12月，美国的莱特兄弟驾驶“小鹰号”飞上天空。他们制作的“小鹰号”是一架双翼飞机——拥有两对平行机翼。实际上，大多数早期飞机都是双翼飞机，但是到上世纪30年代，速度更快中，仅有两只机翼的单翼飞机问世，并开始在飞机制造业中占支配地位。无独有偶，日前研究人员展示的新化石表明，早期的鸟类也经历了类似的进化过程——始于四肢均有翅膀，到后来仅前肢有羽翼——类似单翼飞机结构。

“保存下来的这11件漂亮的早期鸟类化石令人惊叹，它们有完整的腿羽毛。”英国爱丁堡大学古生物学家Stephen Brusatte说。Brusatte没有参与相关研究。美国堪萨斯大学动物飞行研究专家David Alexander补充道：“这些新化石填补了我们关于鸟类早期进化理论中的一些空白。”

几乎所有的古生物学家都认同鸟类是由其他有羽恐龙进化而来的。因此研究人员将注意力集中在约1.5亿到1亿年前的早白垩世保留下来的化石上，那时一群恐龙进化成为鸟。

2000年，古生物学家发现，一种名为小盗龙的恐龙四肢均有羽毛，这种恐龙可能会飞——尽管研究人员还在争论它是如何飞行的。《科学》杂志报道称，一些科学家——尤其是著名的“恐龙猎人”、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星——怀疑最早的鸟类也是四肢附有羽毛、使用两对翅膀飞行。一些始祖鸟样本和另一种早期鸟类样本看上去似乎均有腿羽。

但是Brusatte表示，现存的化石十分稀少，“你真的不得不眯着眼睛”去看那些羽毛。因此，研究人员也没有证据证明腿羽是鸟类祖先特征这一观点 。直到现在，依然如此。

该新化石来自中国辽宁早白垩世热河生物群。在过去的10年中，收藏家将化石捐赠给山东天宇自然博物馆，徐星和同事证实了这些化石的真实性，并开始了研究工作。

所有的这些化石都有腿羽，不仅有类似现代一些猛禽的柔软、蓬松的羽毛，还有直接从四肢上突出的坚硬羽毛。研究人员表示，这些腿羽为其扮演空气动力学角色提供了足够的表面积。Brusatte也表示同意：“这些鸟类有较大的腿羽。”

更重要的是，这些化石涵盖了至少4种不同种类的早期鸟类，包括会鸟属和燕鸟属，若干样本与孔子鸟有关，还有两种出自反鸟亚纲。研究人员称，由此可见腿羽并非进化中出现的稀有变异。“这些新化石无疑证实了四翼形态学在基干鸟类及其亲属中十分常见。”Alexander说。 这意味着，有四只翅膀是早期鸟类祖先的条件。确实，研究人员分析了恐龙以及早期和稍后的鸟类的羽毛排列，进而推断羽毛覆盖了它们整个腿部——包括脚部，首先出现于恐龙，进而到早期鸟类，最终退化。羽毛首先从脚部开始退化，随之整个腿上的羽毛逐渐消失。现在，鸟只用前肢飞翔，腿则用来在陆地行走。“他们的研究成果清楚地显示，四只翅膀不仅存在于小盗龙身上，也在早期鸟类家族中得到延续。”美国得州理工大学古生物学家Sankar Chatterjee说。

但是这些发现仍未解决这些腿羽是否用于飞行，以及如何起作用等关键问题。徐星及同事认为硬羽毛的垂直排列形成了较大的平面，以便提供升空动力和增强操作性，这也适用于小盗龙。“这些羽毛无疑具有一些空气动力学功能。”Alexander表示，“虽然它们是作为平衡器、方向控制片还是成熟的翼仍有待考察。这种肢体上的羽毛确实没有其他逻辑功能了。”Chatterjee表示，这种早期的双翼飞机结构能提供较大的稳定性，尤其是滑行时，但是最后让位于更具可操作性的单翼模式。

但是美国加州大学伯克利分校古生物学家Kevin Padian称该研究是一个“伟大的研究”，然而研究人员却未能证明这些羽毛促成何种飞行。Padian认为这种具有大面积的假设翅膀可能是由于其保存时被压扁。“无可争辩的是这种羽毛能够创建拖动场，并且这让飞行变困难。”他补充道。美国耶鲁大学进化生物学家Richard Prum指出，最早的腿羽可能用来炫耀求爱而非飞行。

Brusatte表示，分析这些问题可能需要在实验室里实施生物动力学研究。徐星说：“更多的化石可能有帮助。我们正努力从这些化石中提取新信息，希望在未来能够获得更有趣的结论。”

中国科学报 唐凤