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長臂混元龍（Ambopteryx longibrachium）複原圖登上了《自然》封麵（圖片來源：張宗達）

今年9月，第三屆“科學探索獎”獲獎名單正式揭曉，科學探索獎的頒獎典禮也即將於(yu) 10月30日在北京舉(ju) 行。中國科學院古脊椎動物與(yu) 古人類研究所的王敏研究員成為(wei) 了本年度50位獲獎人中的一員。一直以來，王敏致力於(yu) 研究鳥類的起源和早期演化，先後命名了超過30個(ge) 屬種的原始鳥類，約占全世界目前已知中生代鳥類屬種的1/3。在他的眾(zhong) 多研究成果中，有一類恐龍顯得格外“奇葩”，還登上了2019年《自然》雜誌的封麵。

對於(yu) 許多古生物愛好者來說， “鳥類是恐龍的後代”可能已經不是什麽(me) 新星空体育官网入口网站了。尤其是當我們(men) 縱觀整個(ge) 中生代，長出羽毛、飛向藍天似乎是恐龍的 “主線任務”之一。然而實際上，恐龍從(cong) 稱霸陸地到飛向天空的過程要錯綜複雜得多，比如曾經就有一類恐龍，做出過與(yu) 鳥類不同的飛天嚐試，它們(men) 就是“擅攀鳥龍類”恐龍。

突然出現的“奇怪”恐龍

在大約1.6億(yi) 年前的侏羅紀中晚期，生活著一群奇怪的恐龍，它們(men) 體(ti) 型不大，但四肢修長，尤其擁有格外長的手指，似乎具有很強的攀爬能力，因此得名“擅攀鳥龍類”。這類“奇形怪狀”的恐龍一出現就吸引了古生物學家的注意，然而由於(yu) 發現的化石數量有限，保存狀況還很差，研究者很難確定它們(men) 與(yu) 其他恐龍類群的親(qin) 緣關(guan) 係。

2015年，《自然》發表了一種新的擅攀鳥龍類恐龍——奇翼龍（Yi qi），這個(ge) 名字來源於(yu) 它“奇”特的身體(ti) 構造，和化石中保存的“翼”膜結構。但它並不屬於(yu) 翼龍，而是一種恐龍——從(cong) 分類學上來說，翼龍屬於(yu) 翼龍目，它並不是恐龍（蜥臀目和鳥臀目）的一種，而更像是恐龍的“姐妹”。在我們(men) 的普遍認知裏，翼龍與(yu) 恐龍的最大區別就是是否擁有膜質翅膀，不過奇翼龍卻打破了這一界限。奇翼龍的前肢末端長有三根手指，其中第三指極度伸長。從(cong) 它的腕部還伸出了一根棒狀長骨，當手指和棒狀骨張開的時候，就能撐起翼膜形成翅膀。

在奇翼龍中“突然”出現了棒狀骨骼（橘色箭頭）和膜質翅膀（藍色箭頭）（圖片來源：Xu, X., Zheng, X., Sullivan, C. et al, 2015）

奇翼龍的出現並沒能解答關(guan) 於(yu) 擅攀鳥龍類演化位置的疑問，反而使得整個(ge) 故事更加撲朔迷離。因為(wei) 在其它恐龍中，從(cong) 來沒有發現過這樣的膜質翅膀，也沒有找到與(yu) 這根棒狀長骨有關(guan) 係的骨骼。雖然脊椎動物的骨骼變化多種多樣，但也很少見到某個(ge) 類群“突然”長出了這麽(me) 長的一根骨頭。加上奇翼龍化石的保存狀況並不完好，因此在奇翼龍發現後，很多學者對奇翼龍是否真的長有膜質翅膀和棒狀長骨持懷疑態度。

滑翔的“蝙蝠俠(xia) ”

結束了這一爭(zheng) 議的，是4年後發表的長臂混元龍化石。這條龍發現於(yu) 燕遼生物群晚侏羅世的地層，體(ti) 長約32厘米，隻有鴿子那麽(me) 大。它最明顯的特征就是同樣具有膜質翅膀和棒狀長骨，直接驗證了奇翼龍中的發現。除此之外，長臂混元龍還具有類似原始鳥類的尾綜骨，這讓它的身體(ti) 重心前移，能在飛行時保持穩定。雖然由於(yu) 胸骨還不夠發達，難以為(wei) 扇動翅膀提供足夠的肌肉力量，但研究者推測，這種恐龍已經可以熟練地在空中滑翔了。這篇文章於(yu) 2019年以封麵文章的形式發表於(yu) 《自然》，第一作者就是中國科學院古脊椎動物與(yu) 古人類研究所的王敏研究員。

“這個(ge) 標本還是當地一個(ge) 老鄉(xiang) 意外發現的，當時暴露出來的隻有部分的後肢和頭骨。”王敏描述道，“當時老鄉(xiang) 聯係我們(men) 的時候，隻以為(wei) 會(hui) 是一隻帶羽毛的恐龍，沒什麽(me) 特別的。後來越修越不一樣，尤其是棒狀長骨修理出來的時候，大家就覺得特別特別驚喜。”

長臂混元龍化石（左）及線描圖（右），右圖中棕色區域為(wei) 羽毛，深灰色區域為(wei) 膜質翅，藍色區域為(wei) 可能的胃容物，se為(wei) 棒狀長骨（圖片來源：Wang, M., O’Connor, J.K., Xu, X. et al., 2015）

隨著長臂混元龍的發現，擅攀鳥龍類在恐龍家譜上的位置也越來越清晰。“這具長臂混元龍的骨骼化石保存得非常完整，前肢、後肢都保存了下來，所以我們(men) 就對這些和鳥類關(guan) 係比較近的副鳥類恐龍進行了一個(ge) 係統發育分析。”王敏說。起初，由於(yu) 擅攀鳥龍類具有明顯利於(yu) 飛行的特征，部分學者懷疑它們(men) 可能是鳥類的直接祖先，或者和鳥類有非常近的親(qin) 緣關(guan) 係。然而研究結果顯示，擅攀鳥龍類更像是恐龍在飛天過程中“走岔了”的一支。

“如果從(cong) 一個(ge) 大的時間框架來看，恐龍向鳥類的演化過程中伴隨著飛行能力的演化：整個(ge) 演化的主線，都是前肢加長、尾椎骨縮短成尾綜骨、身體(ti) 重心前移——可以說一切都是為(wei) 了飛行。”王敏指出，對於(yu) 擅攀鳥龍類來說，也展現出了類似的趨勢——它們(men) 的前肢特別地長：“在和鳥類關(guan) 係相近的這些恐龍中，它們(men) 的前肢幾乎都是最長的……這是一個(ge) 很明顯的趨勢，是一種適應飛行的需要。”

長臂混元龍與(yu) 其他恐龍的親(qin) 緣關(guan) 係（圖片來源：Wang, M., O’Connor, J.K., Xu, X. et al., 2015）

然而擅攀鳥龍類與(yu) 鳥類的身體(ti) 結構有著關(guan) 鍵的區別。雖然前肢都有伸長的趨勢，但擅攀鳥龍類通過肱骨、尺撓骨和指骨來伸長前肢，對應的是我們(men) 的手臂和手指；而與(yu) 鳥類親(qin) 緣關(guan) 係更近的類群，前肢的伸長源自掌骨的加長，因為(wei) 它們(men) 的“手掌”需要附著大量飛羽。擅攀鳥龍類的“膜質翅膀和短掌骨”和鳥類的“羽毛翅膀和長掌骨”，體(ti) 現出了明顯不同的飛行模式和演化路徑。

遺憾的是，這支“特立獨行”的恐龍並沒能幸存下來。目前，僅(jin) 在中、晚侏羅世的地層中發現了擅攀鳥龍類的化石，研究者懷疑它們(men) 可能在白堊紀之前就滅絕了。對於(yu) 它們(men) 存在時間為(wei) 何如此短暫，王敏和研究團隊也有過一些猜想：“與(yu) 它（擅攀鳥龍類）同時代的另一類具有膜質翅膀的動物就是翼龍，那會(hui) 翼龍的飛行能力已經很強了，分布也很廣泛。而且那時也發現了一些具有滑翔能力的哺乳動物，還有一些和鳥類關(guan) 係非常近的副鳥類恐龍，它們(men) 前肢也長出了翅膀。所以擅攀鳥龍類麵臨(lin) 的競爭(zheng) 是比較多樣的。畢竟它們(men) 個(ge) 體(ti) 那麽(me) 小，要麵對以上三者的競爭(zheng) ，很可能競爭(zheng) 優(you) 勢沒有那麽(me) 強。”

什麽(me) 是鳥類？

雖然擅攀鳥龍類的“上天計劃”失敗了，但我們(men) 都知道，另一支恐龍演化成了鳥類翱翔於(yu) 天空，成了多樣性最為(wei) 豐(feng) 富的脊椎動物之一。王敏的工作，就是專(zhuan) 注於(yu) 近1.5億(yi) 年的漫長曆史中，這些鳥類從(cong) 恐龍演化而來的過程。雖然核心工作是中生代鳥類演化，但王敏格外希望能做一些理論方法上的新嚐試，更好地利用化石透露給我們(men) 的信息，來分析鳥類的演化模式。

想要理清鳥類錯綜複雜的演化路徑並不容易，尤其對於(yu) 古生物學家來說，曆史的真相都被埋進了地層中，他們(men) 的工作更像是“管中窺豹”——從(cong) 僅(jin) 存的化石中挖掘出演化的蛛絲(si) 馬跡。這不僅(jin) 需要細致嚴(yan) 謹的室內(nei) 外工作，更需要做出假設和判斷的膽識，和探索未知世界的勇氣——這樣的精神正是“科學探索獎”所關(guan) 注的。王敏希望能更多地挖掘和利用化石提供的信息，“其實化石給我們(men) 的信息是非常豐(feng) 富的，但他會(hui) 顯得多而繁，容易讓我們(men) 淹沒在這些信息當中。所以我希望把這些數據提煉出來，看看能不能有一些更清晰直觀的方式，幫助我們(men) 理解鳥類演化的動態路徑。”

對王敏來說，研究的終極目標是回答一個(ge) 看似簡單的問題——什麽(me) 是鳥類：“這個(ge) 問題是我自己在想，別人也會(hui) 經常問，‘你做工作這麽(me) 久，這麽(me) 簡單的問題都還沒有答案嗎？’我就會(hui) 說確實沒有。”越是簡單的問題，越難以回答。“科學探索獎”想要做的，就是支持這些“探索期”的年輕科學家，做其他人做不出、不敢做的研究。王敏希望未來能總結出一句話，非常簡潔地告訴大家鳥類的解釋和定義(yi) ，“很難找到一個(ge) 明顯特征是隻屬於(yu) 鳥類而不屬於(yu) 其他動物的。比如我們(men) 之前對鳥類的一些介紹是長有翅膀、主動飛行，但我們(men) 發現這些特征恐龍也有了。恐龍和鳥類之間的界限變得非常模糊了，所以我一直在思考怎麽(me) 把這個(ge) 東(dong) 西通過比較簡潔的話告訴大家。”

王敏研究員

今年，探索鳥類演化之路的王敏成為(wei) 了第三屆“科學探索獎”天文和地學領域的獲獎人。相比其他關(guan) 注已有研究成果的獎項，“科學探索獎”更像是一個(ge) 頒給未來、為(wei) 可能性買(mai) 單的獎項。在今年長長的獲獎者名單上，有新一代EXO中微子實驗的中國區負責人，有國內(nei) 冷原子研究的帶頭者，有人研製出了超導量子計算原型機“祖衝(chong) 之號”，有人開辟了“胰島再生”的嶄新可能性。他們(men) 的研究領域從(cong) 地球曆史到未來能源，從(cong) 細胞結構到廣袤宇宙，但共同點是，他們(men) 都是麵對未知領域的挑戰者。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/nature14423#citeas

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1137-z/figures/3

撰文：二七

審校：王敏

來源：環球科學

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