问题

恐龙是怎么演化为鸟类的?

回答
恐龙是如何演化成鸟类的,这确实是一个迷人又有些超出我们日常认知的过程。很多人一提到“恐龙”,脑海里浮现的还是那些体型巨大、凶猛无比的爬行动物,但事实上,它们中的一支,经过数千万年的漫长岁月,一点点地蜕变,最终飞上了天空,成为了我们今天熟悉的鸟类。

这个演化的过程,就像是一部精心编写的史诗,充满了细节和过渡,并非一蹴而就。科学界现在普遍认为,鸟类起源于兽脚类恐龙(Theropods)。兽脚类恐龙大家族非常庞大,包括了像霸王龙(Tyrannosaurus Rex)这样凶名赫赫的大家伙,但也有不少体型小巧,甚至体表覆盖着羽毛的恐龙。

关键在于,我们要把目光聚焦在那些小型、双足行走的兽脚类恐龙上。这些恐龙,特别是生活在距今约1.5亿年前的侏罗纪晚期的一些种类,已经展现出与早期鸟类惊人的相似之处。

第一幕:羽毛的出现与演化

最令人兴奋的证据就来自于羽毛。过去,我们总以为羽毛是鸟类专利,用于飞行。但越来越多的化石证据,特别是来自中国辽宁省等地发现的保存异常完好的恐龙化石,彻底改变了这一认知。

我们发现了许多带羽毛的恐龙,这些羽毛并非我们想象中那种用于飞行的“飞羽”,而是各种形态的:

单丝羽(Protofeathers): 最早出现的羽毛,就像是细小的、毛发一样的结构,可能最初是为了保暖、吸引配偶,或者是用来展示。比如,某些近鸟类恐龙,如中华龙鸟(Sinosauropteryx),就被发现全身覆盖着这种像绒毛一样的羽毛。
丝状羽(Filamentous feathers): 这种羽毛更长一些,但仍然是单层结构,没有形成复杂的羽片。
中轴羽(Shafted feathers): 随着演化,羽毛开始出现一个中心的主轴,羽片也开始变得更加明确,但整体结构依然相对简单。
不对称羽(Asymmetrical feathers): 这是接近鸟类特征的关键一步。不对称羽的羽片一边比另一边更窄,这种结构非常有利于产生升力,是飞行羽毛的基本形态。

这些不同形态的羽毛,在许多小型兽脚类恐龙的化石中被清晰地记录下来。这说明,羽毛的出现早于飞行,它首先在恐龙身上扮演着其他角色,然后才被用于飞行。

第二幕:骨骼结构的改变

除了羽毛,恐龙的骨骼也发生了许多适应性的变化,为日后的飞行奠定了基础。

轻盈的骨骼: 鸟类的骨骼以轻巧而闻名,许多鸟类骨骼内部是中空的,这减轻了体重,有利于飞行。这种中空的骨骼结构,在一些兽脚类恐龙身上也有发现,例如尾部和肋骨的骨骼变薄。
胸骨的演化: 鸟类拥有一个发达的龙骨突(Keel),这是胸肌附着的重要部位,而胸肌是产生强大扑翼力量的关键。虽然很多早期兽脚类恐龙的胸骨并不像现代鸟类那样呈船形,但有些种类,如小驰龙(Velociraptor)的近亲,已经开始出现更具“翅膀”状的胸骨结构,为发展强壮的飞行肌肉提供了可能。
腕部和锁骨的融合: 鸟类的腕骨和部分指骨融合在一起,形成一个更坚固的“翅翼骨”,并且锁骨融合形成“V”字形的叉骨(Furcula,俗称“许愿骨”)。叉骨不仅能提供支撑,还能在扑翼时起到缓冲和增强力量的作用。许多兽脚类恐龙,包括恐爪龙(Deinonychus)和伤齿龙(Troodon)等,都拥有发达的叉骨,甚至腕骨也显示出一定的融合迹象。
骨盆结构的调整: 尽管早期兽脚类恐龙的骨盆结构与鸟类不完全相同,但一些演化路径上,骨盆的形状和连接方式也在发生微调,可能与身体姿态的改变有关。

第三幕:行为上的转变

行为是化石很难直接揭示的,但通过一些间接证据,我们也能窥见一二。

奔跑与跳跃: 小型兽脚类恐龙通常是双足奔跑的,它们敏捷的身体和长长的尾巴,使其在地面上能快速移动。有一些理论认为,它们可能通过快速奔跑,然后跳起来,利用翅膀(即使是用于展示或滑翔的早期翅膀)来延长滞空时间,这是一种“爬升滑翔”的模式。
“翼状”前肢的使用: 即使这些恐龙的前肢羽毛尚不足以支持主动飞行,但它们可能已经开始用于平衡、减速,或者在跳跃时提供一定的升力。想象一下,一只长着羽毛的手,在奔跑跳跃时稍微展开,是不是就有点像早期的“翅膀”了?
温血动物的可能性: 许多研究表明,小型恐龙可能已经拥有比冷血爬行动物更高的代谢率,甚至是温血的。这意味着它们能产生更多的能量,支持更活跃的活动,这对于飞行来说是必不可少的。

关键的过渡类型:伤齿龙形类和驰龙类

在恐龙演化到鸟类的过程中,一些恐龙类群扮演了至关重要的中间角色。

伤齿龙形类 (Troodontids): 它们普遍体型较小,大脑相对较大,拥有敏锐的视力和可能相当高的智商。最重要的,一些伤齿龙类,如小盗龙(Microraptor)和恐爪龙(Deinonychus)的近亲,被发现拥有发达的羽毛,甚至在后肢上也出现了羽毛,这表明它们可能已经具备了滑翔能力,甚至是双向滑翔(同时用前肢和后肢产生升力)。
驰龙类 (Dromaeosaurids): 这类恐龙以其著名的“砍刀”状爪子闻名,例如迅猛龙(Velociraptor)就是其中的代表。它们普遍奔跑速度快,体型灵活,并且许多种类也拥有发达的羽毛。特别是像小盗龙这样的驰龙类,更是直接证据表明,它们的前肢和后肢都被羽毛覆盖,构成了一对对的“翅膀”,能够进行滑翔。

考古学的发现:从“恐龙”到“鸟”的链条

真正的革命性证据,来自于对一些化石的细致研究。

始祖鸟(Archaeopteryx): 这块发现于19世纪的化石,一度被认为是连接爬行动物和鸟类的“缺失环节”。始祖鸟身上同时具备爬行动物和鸟类的特征:它有牙齿、长骨尾,但同时又拥有羽毛,尤其是翅膀上的飞羽,以及一个类似鸟类的骨架结构。始祖鸟的发现,有力地支持了恐龙演化为鸟类的观点。
更早的过渡类型: 随着化石发掘技术的进步和研究的深入,我们现在知道,始祖鸟并不是唯一或最早的过渡类型。在始祖鸟之前,还有许多如小盗龙、近鸟龙(Anchiornis)等,它们比始祖鸟更早出现,也展示了从恐龙到鸟类演化的更多细节。这些发现,将我们对这个演化过程的认识向前推进了几千年。

总结一下这个过程:

这不是一夜之间发生的,而是数千万年间,一个或多个小型兽脚类恐龙的谱系,在漫长的演化中,逐渐积累了“翅膀”的雏形,以及支持飞行和更活跃生活方式的身体结构。

1. 最初的兽脚类恐龙: 它们是双足行走的肉食性恐龙。
2. 羽毛的萌芽: 首先出现的是用于保暖、装饰的绒毛状羽毛。
3. 羽毛的复杂化: 羽毛逐渐演化出羽轴和羽片,并变得不对称,开始具备产生升力的潜力。
4. 骨骼的适应: 骨骼变得轻盈,胸骨开始演化,叉骨出现,腕部结构也发生改变。
5. 行为的调整: 奔跑、跳跃,以及对“翅膀”的运用,从滑翔到主动飞行,这一过程可能经历了多次尝试和迭代。
6. 中间类型的出现: 如伤齿龙类和驰龙类,它们已经展现出很多鸟类的特征,如发达的羽毛和骨骼结构。
7. 最终的飞跃: 最终,一些恐龙谱系完全演化出了能够主动飞行的能力,它们就是最早的鸟类。

所以,当你看到今天天空中的麻雀、鸽子,甚至雄鹰时,不妨想想,它们的遥远祖先,曾经也是奔跑在亿万年前大地上的恐龙。这个演化过程,是对生命适应性和创造力最生动的证明。

网友意见

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好像真的可以开一个系列了…… 不过演化这个事情,越往上追溯越难,恐龙演化为鸟类的时间大约在晚侏罗纪,也就是距现在已经有一亿五千万年了。那么久远的事情,很多东西难以追溯。好在考古学家们对这个问题是真的很感兴趣,孜孜不倦地挖了很多化石出来并且一件件细心地研究,所以现在也算是大概有个眉目了。

——————————————————分割线———————————————————————

这么庞大的问题需要先补充一点背景知识,注意看一下时间线就行:


先从白垩纪晚期的白垩纪-第三纪大灭绝事件讲起,约6550万年前,一个小行星的撞击,可能还有同时发生的长时间的火山喷发,灭绝了当时地球上的大部分动物与植物,包含恐龙在内。我们现在经常说鸟类是唯一存活到今日的恐龙,但其实也不是所有鸟类都存活了下来。我们现在鸟类的共同祖先称为新鸟亚纲(Neornithes),而当时其实还有数量更多的反鸟亚纲(Enantiornithes),还有黄昏鸟目(Hesperornithiformes)。古生物学家们觉得,许多新鸟亚纲因为能够潜水、游泳、或是在水中与沼泽寻找庇护地,因此得以在这次灭绝事件中存活。此外,许多鸟类能够筑穴,或生存在树洞或白蚁巢中,它们也存活过这次灭绝事件。而至于为什么反鸟亚纲没有活下来呢?我们还不知道,也许只是因为运气差了点吧……(轻轻的叹息。)

反鸟亚纲中的伊比利亚鸟

黄昏鸟(Hesperornis regalis)(画外音:它不是故意长这么怪的,它只是在游泳……)

而有幸存活下来的今鸟亚纲,面对恐龙灭绝后前所未有的好机会,通过改变自己的形态,迅速填补了这些生态位,因此就出现了演化史非常壮观的一幕。短短2000万年后,现生鸟类的主要分支都已经大体成形了。

新出炉的鸟类的新演化树,有什么不同?

最新鸟类进化树,背景灰白交界处即为白垩纪与古近纪的交接。

这么说来,好像是鸟类占了恐龙的大便宜,趁着小行星撞击发展自己的势力。但其实在那之前,也就是白垩纪时期,鸟类已经逐渐开始繁荣昌盛,渐渐地取代了翼龙的位置。在白垩纪中期,仍有10科大型翼龙类存活者,而后逐渐衰退。在这个时期,新鸟亚纲开始多样化,并取代其他原始鸟类与翼龙类的生态位。这些动物之间可能有过直接的竞争,也可能新鸟亚纲只是占据这些消失物种的空白生态位。

(再见了,一度辉煌的空中霸主。)

那么在侏罗纪的最原始鸟类又是怎么来的呢?这个问题可就困难了,不过幸好,考古学家们在1862年就挖出了始祖鸟化石,那时候达尔文的《物种起源》刚刚出版两年,这一发现自然就震惊了科学界,引发了剧烈的争论。它拥有鸟类和兽脚亚目恐龙的特征,有着阔圆的翅膀和长长的尾巴。它的羽毛与现代鸟类相似,却在颚骨上有锋利的牙齿,脚上三趾都有弯爪及有长的骨质尾巴。这些特征正好与兽脚亚目恐龙相似,使得始祖鸟成为演化过程的重要角色。它虽然有了翅膀,但没有强壮的胸骨,不能像现今鸟类这样扑腾翅膀飞行,可能更擅长滑翔。始祖鸟从此成为恐龙与鸟类之间的关系、过渡性化石及演化的重要证据。虽然后来又发现了比其更古老的鸟纲生物近鸟龙属、晓廷龙属和曙光鸟属等,但由于各自的证据都有一点缺陷,所以到底哪个才是鸟类的正牌祖先,说真的考古学界现在也搞不清楚。

始祖鸟

郑氏晓廷龙(

Xiaotingia zhengi

不管怎么样,反正最原始的鸟类大概就是长这样就对了。注意看下面的郑氏晓廷龙,腿上长着长长的羽毛。上面的始祖鸟腿上其实也长了一点羽毛,不过没这么明显。事实上,那时候好多原始的鸟类都是腿上长羽毛的。

因为在羽毛刚开始出现的时候它还不是用来飞翔的,而是为了保暖或者是好看,所以全身都可能长着羽毛。另外当时原始的身体结构也使得一对前肢并不能提供足够的升力,所以后肢需要辅助滑翔。而经过这么多年的进化,前翼变得更加发达,而腿羽则逐步退化。以现代鸟类的身体结构一双翅膀就完全足够飞行,后肢上的羽毛自然也就消失了。

既然这些飞得不好的家伙都浑身长满了羽毛,那么自然可以推测,它们的羽毛是从更早祖先那里继承下来的。事实也是如此,不仅是鸟类始祖的虚骨龙科的很多恐龙有羽毛,连不是鸟类始祖的似松鼠龙也有羽毛。

食肉恐龙可能都有羽毛

虚骨龙科的Dilong 帝龙

似松鼠龙(

Sciurumimus albersdoerferi

早期的羽毛看上去像根软管,稍后不久,看起来会像是柔软的绒毛。经过一系列生长变化,最终才会变成扁平的羽毛。可见羽毛最初不是为了飞行而演化出来的,因为不可能用绒毛飞行。其实,恐龙的羽毛正是扩展适应的一个极好例子(

zh.wikipedia.org/wiki/%

,演化过程中某一性状的功能发生了变化)。有可能最早的羽毛可以用来保暖,也有可能同时起到性选择中装饰的作用,还有一种可能是除了好看什么用都没有。

遥想当年,不知道第一只长出羽毛并且用这身漂亮的外衣把到妹子的恐龙,有没有想到过,它的后代竟然用这身东西啪嗒啪嗒上天了呢?

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