#中国科学报#鸟儿会飞前，它们的祖先尽力了中国科学报2020-08-14 14:45:220阅
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图1/2小型兽脚类恐龙有多起近似飞行的独立演化事件 。 图片来源：香港大学纽约自然博物馆 ， 一处存放标本的仓库里 ， 中科院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称古脊椎所）副研究员裴睿正在观察一份兽脚类恐龙化石 。
他观察得很细致 ， 用上了各式各样的测量工具 ， 甚至会记录某种恐龙每只脚脚趾的摆放顺序 。 这些详尽的记录 ， 有助于人们理解鸟类的近亲祖先怎样进化出飞行能力 。
8月初 ， 相关成果在《当代生物学》发表 ， 裴睿为文章共同第一作者 。
“先前的研究认为 ， 只有少数鸟类的近亲祖先有近似飞行的动作 ， 但事实上 ， 这一范围比我们预想得更大 。 ”论文通讯作者、香港大学研究助理教授迈克尔·皮特曼告诉《中国科学报》 ， 真正演化出飞行能力前 ， 已经有许多鸟类的祖先在尝试拍打翅膀 。
重建演化树
加入古脊椎所前 ， 裴睿曾在香港大学从事博士后研究 。 彼时他已经收集了一定数量的兽脚类恐龙标本数据 。
【#中国科学报#鸟儿会飞前，它们的祖先尽力了中国科学报2020-08-14 14:45:220阅】这些兽脚类恐龙大多体形中偏小 ， 其中 ， 驰龙科和伤齿龙科作为恐爪龙类 ， 被认为是与鸟类亲缘关系最近的近亲 ， 为更多人熟知的小盗龙即属于驰龙科 。
在重建小盗龙类演化树时 ， 裴睿注意到 ， 随着演化继续 ， 其体形有逐渐变小的趋势 。
“于是我们在分析中又加了一些和形态功能相关的数据 ， 包括前后肢比例、体重等 ， 这些数据似乎暗示着另一个趋势：小盗龙类的飞行能力是逐步增强的 。 ”裴睿意识到 ， 这可能是一个独立的飞行起源事件 。
为了厘清古生物发展脉络 ， 研究者常常需要借助谱系演化树 。 但在兽脚类恐龙演化为真正鸟类的过程中 ， 发生了许多平行演化事件 。 由于化石标定、特征选取时存在差异 ， 一些演化树还存在模棱两可的地方 。
比如 ， 近鸟类是兽脚类恐龙的演化支之一 ， 其又分为恐爪龙、驰龙和伤齿龙三大分支 ， 在不同演化树中 ， 这三个分支有不同的先后顺序 。
为了尽可能避免不确定性 ， 裴睿等人重建的演化树中 ， 尽可能包含了所有小型兽脚类恐龙的数据 。
他们与阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）的研究者合作 ， 优化了演化谱系分析的工作流程 ， 为不同的演化特征赋予不同权重 ， 以避免平行演化中出现模棱两可的分析结果 。
最终 ， 研究小组确定了近鸟类是否有飞行潜力的两项关键指标：翼负荷与起飞动力 ， 前者决定了动物个体是否能持续飞行 ， 后者即拍打翅膀时产生的力量 ， 决定能否使动物离地 。
三个突破
对古生物研究者而言 ， 探寻动物演化的一大障碍是无法亲眼见到过往真实场景 。 “我们无法看到动物怎样做一个动作、能达到怎样的效果 。 ”裴睿表示 。
一个迂回的办法是将古生物标本数据与现生动物做对比 。 研究小组同样采集了现生鸟类的翼展长度、体重等数据 ， 包括会飞的鸟类和不会飞的鸟类 ， 并依据会飞鸟类的数据反推出翼负荷与起飞动力 ， 将之带入演化树中比对 。
文章中 ， 以现生的鸟类为参考标准 ， 如果化石物种的翼负荷超过2.5克每平方厘米、起飞动力超过9.8牛顿每千克 ， 才能算通过研究者设置的飞行门槛 ， 即拥有主动飞行的潜力 。
结果显示 ， 除了广义的鸟类——鸟翼类 ， 还有两类物种通过了门槛 ， 即驰龙科下属的小盗龙和胁空鸟龙 。
在其他物种中 ， 研究者也观察到了主动飞行潜能的迹象 ， 如长羽盗龙、晓廷龙等 。
“它们至少已经突破了一项指标 ， 可能已有类似主动飞行的动作 ， 它们在以自己的方式适应生存环境 。 ”裴睿说 ， 大部人认为 ， 恐龙的飞行能力是有限的 ， 但动物的潜力超出人类想象 。
如果观察一只鹦鹉的运动行为 ， 会发现在攀爬树枝时 ， 其前后脚趾的摆放顺序会发生变化 。 “有时是一个脚趾在前、三个脚趾在后 ， 有时是两前两后 ， 有时三前一后 ， 会根据场景的不同灵活运用身体的结构 。 ”裴睿表示 。 但在古生物研究中 ， 一般只会根据某种动物的化石形态 ， 推测其脚趾最可能的单一运动方式 。
此外 ， 在现生鸟类中 ， 研究者还观察到一个动作：鸟类一边拍打翅膀、一边沿着斜坡向上奔跑 ， 这种接近飞行的举动也很可能存在于小型兽脚类恐龙中 。
“接下来 ， 我们会深入研究这些非鸟类拍打翅膀的有趣现象 ， 并找到更多恐龙未能真正飞起来的原因 。 ”皮特曼总结道 。
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