互动科普

鸟类和似鸟恐龙用羽翼翱翔，蝙蝠和翼龙靠皮膜翼飞行，这似乎已然成为了科学的定论。然而在河北，新发现了一种能够飞行的似鸟恐龙，兼具了羽毛和皮膜翼，这是一种怎样的生物呢？

生物演化很是神奇，常常在意料之外，但又是情理之中。生命演化固然有规律可循，但每个物种的诞生却是不可预测的。这让从事演化研究的学者，尤其是古生物学者的探索工作充满了意想不到的乐趣。奇翼龙的发现就是这样一个和翅膀演化相关的例证。

图. 奇翼龙捕食场景复原  图/Emily Willoughby

恐龙的羽翼

在现今的自然界中，有三类生灵能在天空中自由翱翔，那就是鸟类、蝙蝠和昆虫，而在远古时期，还要加上一类：翼龙。其中，鸟类的翅膀显然是最独特的，一枚枚轻巧而坚固的飞羽叠覆在一起，形成了能乘风翱翔的翅膀。那么，美丽轻巧的羽翼是何时形成的呢？大约1.45亿年前，生活在现今德国索伦霍芬地区的始祖鸟已然有了羽翼。在始祖鸟长而粗壮的前肢上，分布着和现代鸟类几乎一样的飞羽，这就是为什么始祖鸟满口尖牙、骨质尾巴很长，却被归入鸟类的原因之一。那么，典型的羽翼在始祖鸟之前是否已经存在了呢？

古生物学家们通过研究来自世界各地的化石，结合了一定的分子生物学证据，证明了所有鸟类源自一种生活在大约1.6亿～1.7亿年前的恐龙，这种恐龙和在我国辽宁建昌发现的约1.6亿年前的近鸟龙非常接近。近鸟龙长而粗壮的前肢上发育着飞羽，排列方式类似鸟类飞羽，说明至少1.6亿年前，翅膀就在鸟类的恐龙祖先上出现了。除了近鸟龙外，还有其他几种兽脚类恐龙，像小盗龙和似尾羽龙，都有着类似的翅膀。从演化关系上看，似尾羽龙所属的窃蛋龙类代表了最早演化出翅膀的恐龙支系。细细观察，会发现似尾羽龙的飞羽是对称的，前肢较短小，更接近不会飞的鸟类，其他一些特征也指示这种动物不能飞行。这说明飞行并非羽翼最早出现时的功能。

鸟类翅膀还有一个独特之处：只有前肢羽化为翼，而后肢则像我们人类一样，用于两足行走或者奔跑。蝙蝠和翼龙的翅膀则由连接在四肢之间的皮膜组成，也就是说，它们的前肢和后肢都参与了翅膀的形成。这种四肢都参与飞行器官形成的现象其实非常普遍，是绝大多数会飞行或者滑翔的动物共有的一个特点，比如像在丛林中滑翔的飞蛙和鼯鼠。

然而，最近人们发现，小盗龙、近鸟龙和会鸟等许多似鸟恐龙和早期鸟类的前肢和后肢都覆盖有飞羽。这些惊人发现显示，早期鸟类和它们的恐龙近亲像其他会飞的动物一样，也有着四只翅膀。虽然早期鸟类和它们的恐龙近亲在这点上不同于现代鸟类，但无论是前肢翅膀，还是后肢翅膀，都是由飞羽组成的。这说明在鸟类和它们恐龙祖先的翅膀上，飞羽是不可或缺的。

奇翼龙和皮膜翼

然而，2015年的一个发现改变了这一观点。

山东天宇自然博物馆收藏的一件小型恐龙标本非常奇特：标本上的骨骼化石基本上是二维保存，很多地方甚至只残留了印痕，但其上的羽毛化石却保存得非常好，整个骨架四周都有原始羽毛，有些像一支毛笔，有些则像雏鸟身上的绒羽。虽然笔者和郑晓廷馆长几年前就一起讨论过这件标本，但直到2013年11月，我们才正式开始了对这一标本的研究。

经过化石修理师丁小庆的精心修理，一些重要的骨骼学特征得以清晰地显现出来，指示这件标本属于一个叫做擅攀鸟龙类的奇特恐龙类群。擅攀鸟龙类是近年刚发现的一类恐龙，它们的化石之前仅在内蒙古宁城大约1.6亿年前形成的沉积岩中发现过。擅攀鸟龙类和鸟类亲缘关系很近，有科学家甚至认为它们就是最原始的鸟类。但它们的长相奇特，许多特征完全不同于早期鸟类。比如，它们最外侧的手指极度加长，全身覆盖着原始羽毛，而不是片状的正羽。

新标本代表擅攀鸟龙类的一个新种，在很多方面不同于生活在同一时期的树栖龙和耀龙这两种擅攀鸟龙类，比如它的牙齿是叶状的，前肢更长。最奇特的是保存在它腕部的棒状结构，类似结构从来没有在其他恐龙当中发现过，以至于我们最初看见它的时候，都感到困惑不解。我们做了各种猜测，包括它是否可能代表特异保存的软体结构，比如肌腱，但这些猜测都存在问题。

因为另外一个完全不同的研究，我的合作者舒克文博士需要查阅有关飞行和滑翔脊椎动物的科学文献，碰巧在一篇文献中看到这样的章节，说鼯鼠具有一个棒状的软骨结构，与腕部或肘部关联，支撑皮膜翼。他随后在网络上发现了一张日本鼯鼠腕部棒状结构的照片，显示出和奇翼龙腕部棒状结构惊人地相似，并立即告诉了我。随后我们意识到，类似结构不仅存在于鼯鼠身体上，还存在于几乎所有会滑翔或者飞行的四足动物身体上，像蝙蝠的踝关节和翼龙的腕部附近。无一例外，这种棒状结构都用于支撑皮膜翼，用于滑翔或者飞行。那么，保存在这件标本上的棒状结构是否指示这种恐龙有着皮膜翼呢？几乎所有会飞或者滑翔的四足动物都有着由皮膜构成的飞行器官，但我们上面提到，鸟类和似鸟恐龙却都有着由飞羽构成的翅膀。如果这种恐龙具有皮膜翼而不是羽翼，这将是一个精彩的发现。

为了确认新恐龙是否有像蝙蝠一样的皮膜翼，我们对标本进行了各种分析。其中化学成分分析显示其磷和钙的组分较高，与骨骼的成分一致，肯定了棒状结构是前肢骨骼系统的一部分。更幸运的是，我们发现了残缺保存的皮膜！用扫描电镜观察残存皮膜的微观结构，发现皮膜上的黑色素体和羽毛部位的黑色素体也不一样。最终，我们确认这种恐龙确实有着和其近亲完全不同的翅膀，因此给它起名“Yi qi”,是已知所有恐龙当中名字最短的，翻译成中文就是“奇翼龙”。有着皮膜翼的奇翼龙代表着包括鸟类在内的恐龙大家族当中的一个绝对异类。

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）