古生物学

恐龙时代的鸭子

长期以来人们一直认为,直到6500万年前的恐龙灭绝后,现代鸟类才出现。它们的基因和新的化石表明,它们实际上与恐龙同在。

加雷斯·戴克 对于科学N°398
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莫斯科,2001年12月;温度降至–15°C以下。咖啡馆里的散热器很冷,我坐在那里戴着手套,穿上伏特加酒的外套,我想起了鸟儿。来自俄罗斯科学院的Evgeny Kurochkin和我刚离开莫斯科博物馆。我们正在研究苏联-蒙古探险队在蒙古发现的鸟类化石。 1987年戈壁沙漠中出土的一个小翼对我们特别感兴趣。与博物馆中保存完好的令人印象深刻的,保存完好的恐龙遗骸相比,这没什么壮观的-它细腻的骨头被混合并压碎了。但这强烈表明,关于鸟类进化的广泛观点是错误的。

今天,地球上栖息着超过10,000种鸟类。有些适应了离岸,远离海岸的生活,另一些适应了干旱沙漠中的生活,而另一些适应了雪山峰上。在所有类型的陆生脊椎动物中,包括鸟类在内的种类最多。

进化生物学家长期以来一直认为,当今的鸟类祖先的成功归功于大约6500万年前席卷恐龙和许多其他陆生脊椎动物的小行星的影响。

他们的推论很简单:尽管鸟类在大灾变之前出现并进化,但直到此事件发生后,解剖学上现代的变种才出现在化石记录中。鸭,杜鹃,蜂鸟和其他现代形式的出现,缺少所谓的“新鸟”(Neorniths),在他们看来,这是进化辐射的经典案例。由于大灭绝而空置的生态位被占领。在这种情况下,壁were是那些被恐龙,飞行的爬行动物(称为翼龙和古鸟类)占据的壁those。

但是,在过去的十年中,越来越多的化石证据(包括我们的小折翼)以及对化石的分析 脱氧核糖核酸 早在6500万年前的灭绝之前,现代鸟类就已经揭示了Neorniths的多样性。这些发现推翻了鸟类进化的传统智慧,并提出了新的问题。

鸟类是获得拍打飞行的三类脊椎动物之一。其他两组是翼龙,它们飞行的爬行动物出现在三叠纪(251至2亿年前),2.3亿年前,并消失在白垩纪末期(145至6500万年前)。和蝙蝠,后来才出现。

古代鸟类和现代鸟类

多年来,古生物学家一直在争论最早的鸟类的起源。有些人说,这些鸟是从称为食脚兽的小型食肉恐龙演化而来的。根据其他人的说法,它们是从较老的爬行动物进化而来的。然而,在过去的二十年中,鸟类类恐龙(包括许多绒毛物种)的发现使大多数古生物学家相信鸟类是从兽脚亚目进化而来的。

奇怪的是,事实证明,古代鸟类与现代鸟类之间的联系更加难以建立。考虑情况始祖鸟, 已知最早的鸟。该物种的化石是在德国大约1.45亿年前的地形中发现的,它提供了令人信服的最早证据,证明存在不对称羽毛的机翼是飞行过程中产生推力所必需的-其中之一现代鸟类的特征。

然而, 始祖鸟 更像许多小型恐龙,例如 迅猛龙 , 恐爪龙 , Anchiornis Troodon, 比现代鸟类像这些恐龙一样,第一批鸟类 始祖鸟 或化石 耶洛洛尼斯 来自中国 拉霍瓦尼斯 来自马达加斯加(Madagascar)的人,有着长长的骨头尾巴,还有一些牙齿锋利,还有其他原始人物。

相比之下,Neorniths缺乏这些特征,

尝试更多进化。这些包括完全融合的meta骨(构成脚的长骨)和无指的翅膀,这可以减轻骨骼的重量并提高飞行效率。现代鸟类的手腕和翅膀也非常灵活,这增加了它们在空中的机动性。 Neorniths何时以及如何获得这些角色的?到现在为止,由于缺乏与这种过渡有关的化石,因此很难确定。

这并不是说我们没有灭绝后的古鸟类和尼奥尼特人之间的中年化石。超过一亿年前,鸟类展现了多种飞行适应和生态专长。一些人由于宽大的机翼而飞行,另一些人又长又窄的机翼。一些人住在森林里,以昆虫和水果为食,其他人则筑巢在湖岸上钓鱼。

这种巨大的多样性在6500万年前的白垩纪末期一直存在。实际上,我与荷兰马斯特里赫特自然历史博物馆的荷兰同事一起,描述了例如在标志着白垩纪绝迹的地质层正下方发现的有齿鸟类的遗骸。但是,所有来自白垩纪的鸟类化石

足够完整以至于无法归类的分类属于比Neorniths更旧的谱系,这些谱系在灾难中幸存下来。这就是为什么直到最近,已有的线索表明,现代鸟类在大灭绝后出现并进化了。

分子钟告诉了其他事情

在1990年代,当古生物学家仍然徒劳地寻找白垩纪Neorniths时,另一种不求助于化石的重建生物进化史的方法变得尤为重要。实际上,生物学家已经确定了 脱氧核糖核酸 许多生物,并比较结果以估计各组何时分裂。这些估计是基于所谓的分子钟的速度,也就是说,是基于基因组某些部分中突变的恒定速率。

确实,分子生物学家早就对现代鸟类进化的化石化形式提出了质疑。因此,他们使用他们的方法来确定主要现代鸟类系的差异。在这些差异中,古生代(鸵鸟,em和其他鸟类通常不适合飞行)和加卢昂斯犬(母鸡和其他鸡爪草以及鸭和其他Anseriformes)之间的分离。的研究 脱氧核糖核酸 建议这两个世系-活着的Neorniths中最原始的-在白垩纪开始分离。研究人员也获得了其他谱系的相似的古老发散日期。

知更鸟栖息在恐龙上吗?

这些发现表明,与人们普遍认为的古生物学相反,尼奥里特斯与恐龙并存。想象一下知更鸟栖息在马背上很有趣。 迅猛龙 或在棘龙附近涉水的鸭子。但是,现代鸟类和恐龙是同时代的分子线索是如此引人注目,以至于甚至古生物学家-一般的怀疑论者 脱氧核糖核酸 并只相信化石-开始采取这种方法。一直以来,我们的古生物学家都在等待化石证实这种鸟类的新历史。

这就是我和叶夫根尼(Evgeny)曾经俯身在莫斯科的那扇小翼回到中心舞台的地方。 1987年,当叶夫根尼(Evgeny)首次看到这种化石时,他发现它类似于Presbyornithids(如今已灭绝的鸟类)的成员,但与当今的鸭和鹅有关。但是,由于它已经有7000万年的历史,所以它的小翼只能属于白垩纪鸟类。但是,每个人都知道,或者以为自己知道,没有结论性证据表明白垩纪时期存在长老。

但是,在2001年这个寒冷的冬天,我们在博物馆所做的广泛观察清楚地表明,该机翼-带有直线的carpometacarpus(由手骨融合而成的骨头)及其通道细节,脊和肌肉附件-属于Presbyornithid;而且,后者无疑是所有尼尔诺斯家族中最古老的代表。我们的发现证实了分子分析的结果。在2002年描述该机翼代表的物种的文章中,我们将其命名为 特维尔尼斯 .

第一个白垩纪的尼奥里斯很快就加入了第二个, 维加维斯 ,位于南极洲的维加岛。 维加维斯 该化石是在1990年代发现的,但是在其真正意义显现之前,这种化石一直处于相对匿名状态。

从新纪元到白垩纪

2005年,现在在德克萨斯大学奥斯汀分校的茱莉亚·克拉克(Julia Clarke)和她的同事发表了一篇文章,指出 维加维斯 是另一只白垩纪鸟类,具有当今鸭的许多特征,特别是在肩膀,骨盆,翼骨和下肢。距今已有66到6800万年前, 维加维斯 比...大一点 特维尔尼斯 ,但仍早于大灭绝的日期。更完整的是,它的化石遗骸包括大部分骨骼。

对于大多数古生物学家而言, 维加维斯 结束了关于白垩纪尼奥尼斯的辩论。因此,开明的研究人员开始重新审视这一时期的化石收藏,以寻找第一批现代鸟类的新实例。旧金山加利福尼亚科学院的西尔维亚·霍普(Sylvia Hope)多年来一直辩称,她从新泽西州和怀俄明州发现的化石中识别出的鸟类物种可追溯至8,000万至1亿只一百万年前是现代的。但是这些发现-大多数是孤立的骨头-被其他研究人员认为过于分散,无法定论。的发现 维加维斯 和的 特维尔尼斯 暗示她是对的。她发现的骨骼与更完整的化石之间的比较将为我们提供更多信息。

根据对鸟类的分析,现代鸟类起源到白垩纪的锚定使化石记录与发散日期完全吻合。 脱氧核糖核酸 。但这提出了一个新问题:为什么现代鸟类幸免于小行星和相应的生态动荡的影响,而不是它们更原始的鸟类近亲和飞行伴侣翼龙?我认为,这是与鸟类进化有关的唯一巨大谜团。答案还有很长的路要走,我在研究上投入了大量精力去寻找它。

仅有两个已确认的白垩纪新纪年,我们没有大量的化石证据可以向前发展。但是,对现代鸟类的研究被证明是有用的。我和我在英国的同事们使用庞大的当前鸟类测量数据集显示,例如,早期现代鸟类的翼骨比例,包括 特维尔尼斯 维加维斯 与现在已灭绝的Enantiorniths一样。将化石翅膀的骨骼比例与活禽的骨骼比例进行比较,可以推断出机翼形状的某些方面,并获得有关化石鸟类的空气动力学能力的信息。就我们今天所知,这两组化石鸟的翅膀没有不同的形状。换句话说,我们不认为早期的Neorniths在飞行中的表现要比Enanthiorniths好(尽管这两组在空中的敏捷性可能比仍靠近Theropods的鸟类更敏捷) 始祖鸟 )。

如果飞行能力没有使Neornith优于白垩纪同行,那该怎么办?许多古生物学者,包括我自己,都认为觅食习惯的差异可能给他们带来了竞争优势。

专业程度较低,因此适应性更强

为了支持该理论,我最近几年表明,大灭绝后不久,现代鸟类在不到6000万年的岩石中保存下来,可能主要生活在湿地中:例如,海岸,湖泊,溪流边缘,近海。如今,在这种环境中生活的鸟类-鸭子就是其中之一-大多是通才动物,能够从多种食物中谋生。鸭状鸟类是目前我们在白垩纪发现的唯一现代鸟类。

另一方面,在许多不同类型的环境(海岸线,内陆地区,沙漠,森林等)形成的岩石中发现了成群的白垩纪鸟类无法幸免于难。这种多样性表明,这些古老的鸟类具有特殊的适应能力。因此,第一批现代鸟类的成功可能仅归因于它们没有其他鸟类那么专业。

这种灵活性可能使Neorniths能够轻松适应不断变化的条件。

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