云開
現(xiàn)在已經有許多證據(jù)證明鳥類是恐龍的后代,可這件事還是讓人有些難以接受。確實,恐龍是陸上霸主,身披鱗甲、滿嘴利齒,實在跟那些彩裳加身、喙尖無齒的天上飛禽一點也不相像??铸埵侨绾伍L成鳥類的呢?
恐龍一直是為飛行而生的,盡管許多恐龍從未離開過地面,但它們仍然擁有適于飛行的基本結構框架。
在恐龍之前和之后,大多數(shù)四足動物的重心位于胸部區(qū)域,它們需要大量的能量才能用后肢將自己抬高,這使得它們很難輕松地直立。而恐龍的重心距離臀部不遠,臀部之前相對較短的軀干被更堅實的下半身以及長尾巴所平衡,就像一個省力杠桿一樣。因此以臀部為支點,恐龍可以毫不費力地用后肢站立,哪怕是不那么健壯的后肢也可以支撐身體的絕大部分重量。這樣一來,恐龍就可以將前肢騰出來進行其他活動,這是恐龍打敗其他動物的一大優(yōu)勢。
恐龍的前肢空閑之后可以進行一些諸如采集果實、擒拿獵物的活動,時間一長,前肢就變得越來越靈活,最明顯的轉變是原本筆直的腕骨逐漸轉變?yōu)榭梢孕D的腕骨,甚至可以將前肢伸到后背上撓癢癢。鳥類繼承了這種“半月形腕骨”,能將前肢向后彎曲到腕部,更靈活地扇動翅膀,幫助它們飛上高空。
鳥類還從恐龍身上繼承了許多有助于飛行的骨骼結構:偷蛋龍類和馳龍類的恐龍具有肋骨鉤狀突,可以連接肩胛骨的肌肉,這種發(fā)達的胸骨為鳥類提供了肌肉的附著面,是飛行動力的來源。
發(fā)達而突出的胸骨不僅有利于發(fā)展更強勁的胸肌,還為一種獨特的呼吸器官——氣囊提供了空間,有了氣囊,鳥類得以使用雙重呼吸這種高效的呼吸方式,而這種呼吸方法很可能來自恐龍。
英國的一個研究小組研究了4種現(xiàn)代鱷魚和29種鳥類的空腔,并將它們的結構與16種恐龍的結構進行了比較。在比較了掃描結果之后,他們發(fā)現(xiàn)恐龍的椎骨比鱷魚的椎骨更像鳥類。許多恐龍,包括迅猛龍和棘龍,都有肋椎骨關節(jié),也有與鳥類相同的脊椎和肋骨。更重要的是,人們在蜥腳類和獸腳類恐龍化石中發(fā)現(xiàn)了氣囊存在的證據(jù),其中氣腔龍除了在脊椎骨上,還在叉骨、腸骨和腹肋等骨骼上有氣囊存在的痕跡,顯示出它具有和鳥類非常接近的氣囊系統(tǒng)。
沒有氣囊的生物在吸入空氣和呼出空氣時使用的都是同一個通道,這意味著一次呼吸過程很難完全利用吸入的氧氣或徹底清空廢氣。而有了氣囊,就相當于多了一個中轉站,吸入身體的空氣會被暫時儲存在氣囊中,分批運到肺部直到被完全利用,廢氣也得以被分批完全排出體外。
氣囊除了有助于氣體交換外,還具有散熱的重要功能??铸埖臍饽冶椴既恚梢灾苯訌膬扰K吸收熱量,然后通過呼氣帶出體外。骨骼中的氣囊也有利于減重,氣囊分擔了骨骼的一部分承重任務,骨骼可以被簡化為一系列中空的結構,并盡可能減少不必要的多余骨頭。
高效的呼吸方式、高效的散熱系統(tǒng)和輕巧的骨架結構,所有這些有利于飛行的特征,鳥類都是從恐龍身上繼承來的。
鳥類的羽毛對飛行至關重要,幾乎所有鳥類都長有羽毛,而現(xiàn)在,越來越多的發(fā)現(xiàn)顛覆了我們以往對恐龍的印象:大多數(shù)恐龍其實也都有羽毛。
幾十年前,人們將恐龍長羽毛當作一件稀奇的事,每當挖掘到有羽毛的恐龍都會大肆報道一番,比如1861年發(fā)現(xiàn)的始祖鳥、1996年發(fā)現(xiàn)的中華龍鳥等。從名字也可以看出來,人們認為這些長有羽毛的動物與其說是恐龍,還不如說是鳥類,人們仍不敢相信恐龍也有羽毛??涩F(xiàn)在,我們才知道,恐龍長羽毛并不是特例,而是普遍現(xiàn)象。比如大型的肉食性恐龍羽王龍身上長有華麗的羽毛。飛得不好的家伙都渾身長滿了羽毛,由此可以推測,也許所有恐龍或多或少都長有羽毛。
最開始,恐龍將羽毛用于保存熱量,這使得原本是變溫動物的恐龍基本能保持體溫恒定。隨著時間的流逝,恐龍的羽毛開始分支形成各種新形狀,變得更加華麗,它們的作用又多了一項——社交和求偶。還有研究發(fā)現(xiàn),羽毛可能有更多作用,比如在奔跑時羽毛可以幫助保持平衡,提高奔跑速度。
可是,即使恐龍擁有上述所有特征,這群動輒幾十上百噸的“胖子”仍然無法飛上高空,“瘦身”勢在必行!
2014年,澳大利亞、英國和意大利等國的研究人員根據(jù)120種恐龍的1500多個解剖特征,構建復雜的數(shù)學模型分析了恐龍在進化過程中的體型變化。分析結果顯示,獸腳類恐龍當中的一支,它們的體型一代一代地縮小,在如此“瘦身”5000萬年后終于進化成了鳥類-2.1億年前其平均體重為163千克,當進化到始祖鳥時已經降至0.8千克。
獸腳類恐龍又是如何成功“瘦身”的呢?研究者發(fā)現(xiàn)在獸腳類恐龍身上,發(fā)生了一個奇妙的進化過程——幼態(tài)延續(xù)。幼態(tài)延續(xù)指的是物種把幼年的、甚至胎兒期的特征,保留到幼年以后甚至成年期的現(xiàn)象。比如人類新生兒體毛稀疏、頭大,大腦學習能力強,到了成年后,這些特征依舊保留,就是一種幼態(tài)延續(xù)現(xiàn)象。獸腳類恐龍也發(fā)生了幼態(tài)延續(xù),它們出生后,從幼年到成年,體形不怎么長大,甚至有些部位還會縮小。成長過程中,獸腳類恐龍的面部、骨骼在萎縮變小,腿骨也不斷地變得纖細,但是眼睛、腦部卻一直在發(fā)育。獸腳類恐龍正是借助這一過程,保留了童年時期的小體型,從而瘦身成功,創(chuàng)造了一個進化奇跡。
一些恐龍的身體逐漸變小,長得也越來越像鳥類:骨骼中空,身體輕盈;前肢更加靈活,能像鳥翼一樣拍打;氣囊遍布全身,既有利于呼吸也有利于散熱;體表長出了美麗的羽毛,不再披著鱗片或鱗甲。為了更好地隱藏自己,全身覆羽的恐龍會將自己藏在樹上。這些樹棲的恐龍在樹木之間跳躍、降落,久而久之,恐龍學會了如何使用它們長有羽毛的翅膀在空中停留更長時間——因此成為了鳥類。
恐龍及其直系親屬花了數(shù)百萬年時間為飛行做好了各種準備:極簡的骨骼架構、前衛(wèi)的氣囊結構、時尚的羽毛霓裳和瘋狂的瘦身速度等,這一切最終造就了現(xiàn)今翱翔于天的鳥兒。
(袁英彥薦自《大科技》)