本次研究的蛙嘴龍標本及4種毛發(fā)

百科探秘

在各種恐龍大片中，翼龍(Pterosaur)作為一種會飛的爬行動物，上鏡率很高。它們是恐龍的“旁系近親”，與恐龍一起生活在約2.3億至6600萬年前。以往的研究通常認為恐龍是最早具有羽毛狀結構的生物。

但就在最近，南京大學教授姜寶玉領銜的科研團隊在兩塊蛙嘴龍(一種很小的翼龍)化石上發(fā)現(xiàn)，翼龍的毛發(fā)也具有羽毛狀結構，且其中許多類型的毛發(fā)結構和恐龍及鳥類的毛發(fā)結構相似。這將羽毛狀毛發(fā)結構的起源一下提前了約7000萬年，前移到2.5億年前的三疊紀早期。該結果發(fā)表在《自然-生態(tài)與演化》雜志上。

翼龍身上發(fā)現(xiàn)4種毛發(fā)

人們在將近200年前就已經發(fā)現(xiàn)翼龍體表覆蓋著一層毛發(fā)，但普遍認為這些毛發(fā)大概就像頭發(fā)一樣是簡單的單根結構，并且與恐龍毛發(fā)以及鳥類的羽毛起源和結構都不同。“大家都認為翼龍有毛發(fā)，但它的毛發(fā)具體是什么結構，是和人的頭發(fā)一樣呢?還是和鳥類的羽毛一樣呢?這些問題沒有人進行過深入研究。”姜寶玉對此抱有一些疑惑。

“中國地質科學院地質研究所保存著一塊具有毛發(fā)結構的翼龍標本，2015年我們在內蒙古寧城縣道虎溝地區(qū)進行野外調查時又發(fā)現(xiàn)了一塊。當時化石上面還能清晰地看到毛發(fā)，我們就很興奮地立馬帶回來做研究。”姜寶玉說，“化石復原出來是一只骨骼還未發(fā)育成熟的翼龍幼體，翼展大概45厘米長，和一只鴿子差不多大。這兩只翼龍都來自中國侏羅紀中晚期(約1.65—1.6億年前)的燕遼生物群，都屬于短尾、闊嘴的蛙嘴龍類。”姜寶玉的博士生楊子瀟把之前粘好的化石拆分開，一塊一塊放在掃描電鏡下仔細觀察，同時和保存在中國地質科學院地質研究所的翼龍化石作對比，花了大概一年半的時間才發(fā)現(xiàn)了翼龍毛發(fā)的分形態(tài)和超微結構，并根據(jù)它的親緣性分析確定了這種毛發(fā)結構和羽毛是同源的。

姜寶玉的團隊在翼龍身體上共發(fā)現(xiàn)了4種毛發(fā)，它們結構各不相同。第一種是中空的單絲狀毛發(fā)，類似“頭發(fā)”，分布在幾乎全身各部位;第二種是刷子狀的，根部是一個長軸，頂端有許多輻射狀的分岔，大多分布在頸部、前肢近端、腳掌和尾巴近端的部分;第三種比較直，有個明顯的主軸，但在中段有些小分岔，分布在頜部;最后一種是從根部就開始分岔，呈絨毛狀，分布在翅膀位置。這4種結構的毛發(fā)之前只發(fā)現(xiàn)于恐龍的兩個主要類群——植食性的鳥臀類(Ornithischians)和獸腳類(Theropods)(其中一支演化成為鳥類)。楊子瀟說：“借助高倍顯微鏡仔細觀察化石的各個角落，我們發(fā)現(xiàn)所有4種毛發(fā)在翼龍身上都保存了可觀的數(shù)量。”這一發(fā)現(xiàn)改變了人們對翼龍只有單一毛發(fā)的刻板印象。

新發(fā)現(xiàn)使羽毛起源一路前移

長久以來，羽毛一直被當成鳥類的專利。上世紀90年代以來，中國遼西發(fā)現(xiàn)了大量保存精美的帶毛恐龍化石，羽毛不再是鳥類的專利，而是源自于其獸腳類恐龍祖先。在后續(xù)的研究中，在一些小型鳥臀類恐龍如鸚鵡嘴龍(Psittacosaurus)、天羽龍(Tianyulong)以及庫林達奔龍(Kulindadromeus)身上也都發(fā)現(xiàn)了羽毛，因此羽毛演化的可能起源就隨之擴展到整個恐龍類群之中。

本次研究所發(fā)現(xiàn)的4種毛發(fā)中，第三種中部有分岔的結構只有現(xiàn)生鳥類才有，其他3種在恐龍身上都有，而且其外部形態(tài)以及內部結構都與恐龍的許多類群非常相似。姜寶玉分析說：“這些證據(jù)表明，翼龍的毛發(fā)很可能與恐龍的毛發(fā)有著相同的起源，羽毛結構起源起碼要追溯到它們共同的祖先。鑒于化石不能用DNA測序的方法，我們只能用生物學常用的性狀分析，把數(shù)百種形態(tài)性狀進行編輯，然后通過計算機計算進行推導。最后我們發(fā)現(xiàn)恐龍和翼龍的共同祖先是大約在2.5億年前的鳥跖類(Avemetatarsalia)。”這樣的話，羽毛結構起源就從鳥類、獸腳類恐龍、恐龍類一路往前移動到由恐龍和翼龍組成的鳥跖類了。

有關翼龍的化石早就存在，但是直到現(xiàn)在它的羽毛結構才被發(fā)現(xiàn)，究其原因，姜寶玉說：“一方面是燕遼生物群的羽毛都保存得特別好。另一方面是現(xiàn)在科技的進步給我們提供了很多先進的儀器。比如以前受儀器限制，在化石上面微米尺度的生物結構就被簡單認定為微生物結構，直到2008年才被證明是保存下來的色素體?，F(xiàn)在透射電鏡、掃描電鏡、同步輻射等先進儀器給我們的研究提供了很大的幫助。”(張曄)