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2019年3月17日
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地球科学与工程学院姜宝玉教授团队发现翼龙具有羽毛状结构

翼龙(Pterosaur)是一种会飞的爬行动物,与恐龙一起生活在约两亿三千万至六千六百万年前。尽管很久之前人们就已经发现翼龙体表覆盖着一层毛发,但是这些毛发结构往往被认为与鸟类羽毛截然不同。在2018年12月17日《自然-生态与演化》在线发表的一篇论文中,一个由中国、英国、爱尔兰和中国香港组成的科研团队首次在一类短尾翼龙身体上发现了四种羽毛状毛发结构:简单的独根(类似“头发”)、束状、具中轴以及侧向分支和绒羽状结构。这四种羽毛状结构之前只发现于恐龙的两个主要类群—植食性的鸟臀类(Ornithischians)和兽脚类(Theropods)(其中一支演化成为鸟类)。这项成果将羽毛状毛发结构的起源提前了大约七千万年。

翼龙复原图展示四种羽毛状结构的分布。

(地科院17级本科生张媛绘制)

pt老虎机游戏地球科学与工程学院姜宝玉教授领导了这项研究。他评论道:“我们在内蒙古宁城地区进行野外调查时,了解到当地曾发现过保存精美的带毛翼龙,意识到这项工作具有重要的科学意义”。这项研究以及侏罗纪燕辽生物群的埋藏学研究是地球科学与工程学院博士生杨子潇博士学位论文的主要研究内容,他表示,“能够遇到保存如此精美的化石是非常幸运的。借助高倍显微镜仔细观察化石的各个角落,我们发现所有四种羽毛都保存了可观的数量”。

“有些评论认为翼龙可能只有一种简单独根类型的毛发”,合作作者之一、来自科克大学的Maria McNamara教授说道,“但是我们的研究展示了这些不同的羽毛结构是真实存在的,我们当初专门选择了羽毛保存清晰、没有重叠的区域进行观察。这些羽毛甚至保存了黑色素体(melanosomes)的显微结构,反映出羽毛整体可能呈现黄棕色”。

合作作者之一、来自布里斯托大学的Mike Benton教授评述道“我们进行了一系列的演化分析,结果明确表明翼龙的毛发就是羽毛,就像现代鸟类和很多恐龙类群当中看到的那样…我们尝试着仔细寻找这四种翼龙毛发结构与鸟类和恐龙的羽毛之间的解剖学差异,但是我们并没有找到。鉴于这两者是一样的,它们一定有着共同的起源,大约在两亿五千万年前,远远早于鸟类的起源”。

现代鸟类羽毛中为人熟知的用于飞行和提高身体流线形的廓羽具有空心的羽柄和向两侧分支的羽支。这样的结构目前只在鸟类以及与鸟类起源密切相关的部分兽脚类恐龙中发现。现代鸟类的其它羽毛类型,包括空心独根和绒羽,却在恐龙和翼龙中被广泛发现。披甲的恐龙和大型蜥脚类恐龙虽然目前看来可能不具有羽毛,但这可能反映了羽毛的生长抑制现象,就像现代的鲸鱼、大象和河马一样。另外猪也是一个很经典的例子——小猪像小狗一样身上长满了毛发,但是在逐渐长大的过程中毛发的生长被抑制。

“这项发现不但对我们理解羽毛的起源有重大意义,而且也深远影响了我们对陆地生命演化过程中一个重要变革期的了解,”Mike Benton补充说道。“羽毛大约在两千五百万年前开始出现,此时生命正从二叠纪末大绝灭事件中逐渐恢复。很多条独立的线索都指向了此时的陆地脊椎动物,包括哺乳动物和恐龙的祖先类群,从原先的匍匐爬行变成了直立爬行步态、达到了不同程度的温血、也加快了生活节奏。当时哺乳动物的祖先已经有了毛发,翼龙、恐龙及其亲缘类群也都演化出了羽毛来帮助它们抵御外界环境。”

近些年来在化石记录中搜寻羽毛的蛛丝马迹愈演愈烈,了解羽毛、尤其是如此早期的羽毛的功能学,也越来越显迫切和重要。这些不但可以改写我们对三叠纪生命演化重大变革的理解,也将会加深我们对羽毛、鳞片和毛发这些皮肤衍生物在基因水平上的认知。

该项工作是姜宝玉教授团队相继于2014年和2017年之后,又一次在自然子刊上报道关于我国东北地区中生代特异埋藏化石的重要研究进展。本研究得到了国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项的资助。

论文信息:Yang, Z.X., Jiang, B.Y*., McNamara, M.E., Kearns, S.L., Pittman, M., Kaye, T.G., Orr, P.J., Xu, X., and Benton, M.J.* 2018. Pterosaur integumentary structures with complex feather-like branching. Nature Ecology and Evolution (doi: 10.1038/s41559-018-0728-7).

(地球科学与工程学院 科学技术处)