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最大的带羽毛恐龙——华丽羽王龙
2012-05-04 | 编辑: | 【

王烁

1861年发现的第一枚始祖鸟化石让人们看到了最古老的羽毛的样子,也让科学界相信远在一亿五千万年前地球上就出现了鸟类的踪影。

     艺术家笔下的一群华丽羽王龙和两只意外北票龙(左下部), Brain Choo绘图

1996年一个骄阳似火的下午,在中国辽宁省西部一片距今1.25亿年的地层中,随着岩石被一层一层掀起,一件家鸡大小的恐龙化石呈现在人们面前。与众不同的是,这件被命名为“中华龙鸟(Sinosauropteryx prima)”的化石背部和尾巴上保留了精美的羽毛的印痕;这使科学家认识到羽毛并不为鸟类所特有,原来恐龙也是长羽毛的。随着越来越多标本的发现,在许多小型的恐龙身上都可以观察到与鸟类相似或者更加原始的羽毛;这说明羽毛的出现在中生代可能已经十分普遍,羽毛的出现过程可能也比我们之前想象得更为复杂。

最近,在科学界享有声誉的英国《自然》周刊将目光再次聚焦在中国辽西地区,在这里发现了世界上迄今体型最大的带羽毛恐龙——华丽羽王龙(Yutyrannus huali)。新发现的华丽羽王龙是继喀左中国暴龙(Sinotyrannus kazuoensis)之后,热河生物群发现的又一大型暴龙类,它体长在9米左右,体重大约1.4吨。虽然这样的体型比生活在白垩纪晚期的霸王龙(T. rex)略小,但依然比之前认为体型最大的带羽毛恐龙意外北票龙(Beipiaosaurus inexpectus)还要大40倍。

华丽羽王龙与原始暴龙类有很多相似之处。它的外鼻孔大而靠后,前上颌骨和上颌骨上的两条凹沟分别平行于前上颌骨的前边缘和眶前孔的下边缘。与此同时,华丽羽王龙也显示了一些进步的特征,例如它的眶后骨颧骨突非常宽阔,上颌骨的下边缘凸起;它的泪骨是一个“L”形以及具有非常小的下颌外孔等。华丽羽王龙头部的陷窝特别发育,鼻骨部位有很多陷窝,这些陷窝结构对减轻头骨的重量具有重要的意义。非常有意思的是,新发现的华丽羽王龙标本代表了不同发育阶段的三件个体,其中较小的一件与最大的个体之间大约相差8岁。因此我们可以从这三件标本观察到很多与暴龙类个体发育相关的特征,例如随着个体的生长,头骨逐渐加深,前上颌骨变高,前上颌骨的上颌支逐渐向面部移动以及上颌孔逐渐前移。

正如它的名字一样,华丽羽王龙标本上也保存了精美的羽毛印痕。可以说,在非鸟兽脚类恐龙身上发现羽毛并不是什么新鲜事儿。过去的十几年中,在我国辽宁省西部热河生物群发现的带羽毛的恐龙就超过了20种。例如上文提到的中华龙鸟,虽然保存了精美的羽毛印痕,但它依然属于一种小型的虚骨龙类。相比之下尾羽龙(Caudipteryx)形态比中华龙鸟更接近于鸟类,虽然同样保存了与鸟类十分接近的羽毛印痕,但它们的羽片是对称的,这也就说明它们并不具有飞行的功能。

     华丽羽王龙的尾部,可以看到丝状羽毛的印痕,臧海龙摄

几乎从原始的羽毛在恐龙身上发现的第一天起,对它们功能的争论就是白热化的。由于这种丝状的原始羽毛显然不具有飞行的功能,因此科学家们推测它的一个可能的重要功能就是用来保温。一般认为,体型较大的恐龙具有较小的相对表面积,不利于散热;相反,中小体型的恐龙由于其相对表面积较大,热量容易散失。因此根据以往在化石上观察到的现象,科学家们普遍认为,羽毛可能仅仅出现在体型较小的恐龙身上;巨型恐龙为了更有效地散热,其体表羽毛很可能由鳞片取代。因此在华丽羽王龙这样大型的暴龙类化石上发现羽毛的印痕是一件不可思议的事情。

与之前在很多非鸟兽脚类恐龙身上发现的羽毛结构类似,华丽羽王龙身上的羽毛只是非常简单的丝状物,这种结构类似于小鸡身上的绒毛,而与鸟类的体羽有所区别。在华丽羽王龙发现以前,唯一已知带羽毛的暴龙类是在热河生物群发现的奇异帝龙(Dilong paradoxus)化石。奇异帝龙是一种小型的基干暴龙类,它的体长大约只有1.6米。在奇异帝龙的尾部和头部也保存有非常原始的丝状羽毛结构,但这些羽毛非常短而成簇,通常只有大约20毫米长。所不同的是,华丽羽王龙的羽毛不仅在尾部出现,在它的前肢、颈部腰带部位和后肢上都发现有丝状羽毛的印痕;并且这些羽毛的长度平均达到了15厘米,最长之处有20厘米,这恐怕是目前在非鸟兽脚类恐龙身上发现的最长的羽毛了。

根据现有的化石标本推测,从最初原始皮肤衍生物演化出典型的鸟类飞羽大约需要经历5个阶段:在第一个阶段里仅有丝状的蛋白质纤丝,在鹦鹉嘴龙和某些翼龙身上发现的机构可能属于这一类;这些原始的丝状羽毛末端发生分支,进入羽毛演化的第二个阶段。在意外北票龙、奇异帝龙和中国鸟龙(Sinornithosaurus)标本上保存的羽毛印痕属于这一类。第三个阶段最为关键,表现在羽囊、羽轴和羽片这些关键结构的出现,这一阶段可以以原始祖鸟(Protarchaeopteryx)和尾羽龙身上的羽毛为代表。在演化的下一个阶段,羽小枝产生;尽管这时的羽毛形态与现代鸟类的体羽还有一些差异,但它们已经具备一定的空气动力学特性,小盗龙(Microraptor)身上的羽毛就属于这一类,推测这些恐龙已经能够利用羽毛在树林间穿梭。经过上面四个演化过程,羽毛最终变成我们今天看到的鸟类体羽的样子。因此从化石材料上看,华丽羽王龙身上的羽毛有可能还处于这个演化模型的第二个阶段。

     华丽羽王龙头骨素描图 李荣山绘

华丽羽王龙庞大的体型和原始的丝状羽毛表明其显然不具有飞行能力。华丽羽王龙之所以发育羽毛,很可能与白垩纪早期的气候有关。研究人员通过对恐龙牙齿当中氧同位素的分析推测,华丽羽王龙生活的辽西地区在早白垩世气温明显低于白垩纪其它时期,当时的辽西地区气候可能与现在相似。在寒冷的冬季,羽毛能够帮助华丽羽王龙减少热量的散失。这种现象类似我们熟悉的猛犸象和披毛犀,为了适应寒冷气候,身体表面发育厚厚的毛来保暖,但热带的犀牛和大象则褪去了软毛。

辽西大量带羽毛恐龙化石的发现为我们了解羽毛的早期演化提供了重要信息。华丽羽王龙的发现代表了目前已知体型最大的带羽毛恐龙,也是第二种带羽毛的暴龙类化石。它的发现说明在暴龙类当中,羽毛的出现可能是非常普遍的。即使在较为温暖的白垩纪晚期,某些进步暴龙类身体的特定部位依然不能排除存在羽毛的可能,而以往推测的体表鳞片很可能是次生形成的。

     艺术家笔下的华丽羽王龙复原图,Brain Choo绘图

 
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