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辽西热河群恐龙大揭密 中华龙鸟系典型特征
来源:博一恐龙工厂
1996年末到1997年初,世界多家新闻媒体争相报道了中国辽宁省北票市四合屯出土的一只“最原始的鸟”中华龙鸟。中华龙鸟的研究者、中国地质博物馆馆长季强研究员指出,这只带"羽毛"的化石是鸟类的真正始祖,其时代为侏罗纪晚期,它的特征证明,鸟类是由恐龙进化而来的。

中华龙鸟
中华龙鸟

  然而几乎就在同时,1996年10月17日,美国《纽约时报》刊载,中国科学院南京地质古生物研究所陈丕基研究员在北美古脊椎动物学会第56届年会上公布了一只同样产于四合屯的“带羽毛的恐龙”的照片,引起了与会者的极大兴趣。

  上述的这些报道在国际古生物学界引起了轰动。许多科学家纷纷发表评论,就中华龙鸟的时代和分类地位展开了热烈的讨论。

  经考证核实,“中华龙鸟”和“带羽毛的恐龙”确实都来自辽宁北票四合屯。化石均产出于一层2~7米厚的含有火山灰的湖泊沉积的页岩中,这层页岩在整个地层中则位于一大套厚厚的被地质学家称为热河群义县组的地层的下部。而且,“带羽毛的恐龙”实际上是“中华龙鸟”化石标本的正模,二者是某种动物的同一个个体。它原来是被四合屯的一位农民挖掘出来的,从化石的中间沿着岩层的层理分成了两块(正模和负模)。随后,正模被陈丕基研究员得到,负模则被季强研究员得到。

  研究证明,中华龙鸟的形态特征和身体大小与产于德国的一种小型的兽脚类恐龙美颌龙相似,它们可以被归为一类。中华龙鸟是两足行走的动物,成年个体可以长到2米长。在它的背部,有一列类似于“毛”的表皮衍生物。一些古生物学家认为这是原始的“羽毛”,因此,中华龙鸟应该是一种原始的鸟;另一些古生物学家则认为,这种皮肤的衍生物不具备羽毛的特征,而类似于现生的某些爬行动物(例如蜥蜴)背部具有的表皮衍生物结构角质刚毛,也可能是纤维组织。

  从化石骨骼来看,中华龙鸟拥有很多典型的恐龙特征:它的头骨又低又长,脑壳(解剖学上称为脑颅)很小;它的眼眶后面有明显的眶后骨,“下巴”(解剖学上称为下颌)后部的方骨直;它的牙齿侧扁,样子像小刀,而且边缘还有锯齿形的构造;它的腰臀部骨骼(解剖学上称为腰带)中耻骨粗壮,向前伸;它的尾巴相当长,有60多个尾椎骨,尾椎骨上还有发达的神经棘和脉弧构造;它的前肢特别短,只有后肢长度的三分之一,前肢的特征显示它的生活时代要比德国的美颌龙晚。陈丕基等研究人员在1998年1月8日出版的英国《自然》杂志上发表了研究论文,认为中华龙鸟是一只小型的兽脚类恐龙。当然,根据生物命名法则,季强最初给它定的名字“中华龙鸟”则依然使用。

  古生物学家们对中华龙鸟身上的似毛表皮衍生物的功能进行了讨论,一些人认为它可能是一种表明性别的“装饰”物;另一些人则认为它是一种保温装置。后一种解释似乎是更为合理的,因为小型的恐龙和小的始祖鸟为了高效力的活动应该需要具备高的新陈代谢率,因此也就需要保持体温。由此推论,中华龙鸟身上的似毛表皮衍生物表明,小型的恐龙有可能是温血动物(也就是恒温动物)。也有一些古生物学家推测,这种“毛”是羽毛进化过程的前驱,因此称其为“前羽”。目前,古生物学家还在使用新的方法对它进行进一步的研究。

  有趣的是,在中华龙鸟的化石骨架中,发现它的腹腔里有一个小的蜥蜴化石。显然,这只蜥蜴是中华龙鸟捕获后吞下的猎物。

  至于中华龙鸟的时代,近来根据对其产出地层的深入研究,科学家基本上把它确定为白垩纪早期,距今大约1亿3千多万年前。

  辽西热河群是中国著名的中生代陆相地层,在中国古生物地层学研究历史上一直占有重要的地位。然而,尽管这套地层中曾经产出过众多的植物化石、无脊椎动物化石和鱼类化石,但是恐龙化石的发现在1996年以前却是凤毛麟角。

蒙古鹦鹉嘴龙
蒙古鹦鹉嘴龙


  鹦鹉嘴龙是过去发现的有限恐龙物种之一。过去仅发现于辽宁省朝阳县胜利乡梅勒营子下白垩统九佛堂组。鹦鹉嘴龙属于鸟臀目角龙亚目,是一类两足行走的素食恐龙。九佛堂组的鹦鹉嘴龙包括两个属种,即蒙古鹦鹉嘴龙和梅勒营子鹦鹉嘴龙。

  20世纪90年代中期以来,辽西热河群这片“睡龙之地”一下子醒来了。在短短5~6年的时间里,发现了大量的恐龙化石,不仅极大地丰富了我们对恐龙世界的认识,而且为鸟类起源于恐龙的理论提供了充分的证据。

  辽西热河群恐龙热的兴起当首推“中华龙鸟”的发现和富有戏剧色彩的研究过程。“中华龙鸟”的正型标本是当地农民李荫方先生在1996年发掘出来的,出土地点是辽宁省北票市上园镇四合屯义县组下部页岩层。因为种种原因,这块标本的一半(阳膜)被中国地质博物馆收藏,另一半(阴膜)则被中国科学院南京地质古生物研究所获得。中华龙鸟一开始被季强等研究人员认为是地球上最为原始的鸟类,后来被更正为兽脚目美颌龙科中的一种恐龙。
中华龙鸟
中华龙鸟


  中华龙鸟大小像鸡,化石形态也像一只雄鸡在报晓高昂着头、尾巴翘起。它的头很大,上下颌长满带有小锯齿的尖牙;前肢非常短小,尾巴长得出奇。在它的背部,从头到尾长着一排细丝状的皮肤衍生物,季强等研究人员认为它们是一种原始的羽毛。

  此后,辽西热河群的各类恐龙就雨后春笋般地被发现了。

  发现于义县组下部的第二种兽脚类恐龙是粗壮原始祖鸟。它的样子很像电影“侏罗纪公园”里的明星疾走龙。令人最为惊奇的是,它的尾部发育了真正的羽毛!
原始祖鸟
原始祖鸟

  邹氏尾羽鸟是世界上发现的第二种发育有真正羽毛的兽脚类恐龙。不可思议的是,尾羽鸟化石的埋藏非常集中,所有已知的化石均发现于四合屯北面不足两公里的张家沟,层位也是义县组下部的页岩层。一种解释是,尾羽鸟是一种群居的动物。

  尾羽鸟大小和原始祖鸟差不多,它可能属于窃蛋龙亚目,代表一种原始的窃蛋龙类。尾羽鸟的头又短又高,嘴里只长了几颗牙齿;前肢和尾巴都很短。有趣的是,它的胃部同时埋藏了一堆与围岩的岩性根本不同的小石子,显然是类似于现代鸟类胃中常见的胃石,功能是磨碎和帮助消化食物。在兽脚类恐龙中发现胃石真是异常罕见!尾羽鸟尾巴末端长有一束扇形排列的尾羽,前肢上也长有一排羽毛。这些羽毛有明显的羽轴,还发育有羽片,和现代鸟类的羽毛已经非常相似;唯一有区别的地方是尾羽鸟的羽毛是对称分布的,而包括始祖鸟在内的鸟类的羽毛的羽片却是非对称分布的。科学家大多认为,非对称的羽毛才具有飞行的功能,而尾羽鸟这种对称的羽毛很可能代表了羽毛演化的较为原始的阶段,还不具备飞行的功能。另一方面,尾羽鸟的骨骼形态也表明它是一种善于奔跑而不能飞行的动物。

  最近,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的周忠和研究员又命名了一种新发现的尾羽鸟董氏尾羽鸟。

  此外,科学家还在辽西热河群发现了意外北票龙、千禧中国鸟龙等重要的恐龙化石,对它们正在进行的深入研究将解开更多的恐龙之迷。

  产于义县组下部的又一种兽脚类恐龙是意外北票龙,它的发现正如它的种名一样实属意外。1997年,北票市化石管理处的李荫仙先生向中国科学院古脊椎动物与古人类研究所捐献了一堆比较破碎的化石,当时谁也没想到,从这么一堆看似无足轻重的破碎化石竟然“飞”出了“金凤凰”,研究者徐星副研究员经过认真细致的钻研,发现它是镰刀龙超科中的一种新的重要成员。

  
意外北票龙


  由于镰刀龙类的形态非常奇特,古生物学家们对这类动物在恐龙大家族内的系统分类一直存在争论。意外北票龙的发现表明,镰刀龙类是食肉恐龙当中非常特化的一个类群。另外,意外北票龙还保存了与中华龙鸟相似的细丝状皮肤衍生物,表明这种细丝状皮肤衍生物可能在许多兽脚类恐龙类型上都有生长,它代表了后来出现的鸟类羽毛的演化初级阶段。
千禧中国鸟龙
千禧中国鸟龙

  产于义县组下部的第五种恐龙千禧中国鸟龙的发现更有戏剧性。1998年夏季,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所辽西野外工作队在收队前的最后一天,在“中华龙鸟”化石产地附近发掘出了这种恐龙的正型标本。千禧中国鸟龙在分类上属于兽脚亚目驰龙科。驰龙类恐龙在鸟类起源的研究上具有特殊的意义。

  20世纪70年代,国际著名古生物学家耶鲁大学的奥斯特罗姆教授通过研究一种发现于北美洲白垩纪早期地层中的驰龙类化石,复活了鸟类由兽脚类恐龙起源的假说,在古生物学界得到了广泛的认同。但是,由于化石材料的局限性,过去对于驰龙类的解剖结构的认识上存在许多误解,因而,这一假说在某些方面受到了反动派的攻击。

  千禧中国鸟龙的发现为详细研究驰龙类的解剖结构提供了更为可靠的材料。初步的研究证明,驰龙类在形态上已经非常接近早期鸟类,其头后骨骼形态上已经与大多数恐龙很不一样,反而具有许多早期鸟类的特征,它的肩带(连接前肢与脊椎骨的骨骼)结构与始祖鸟几乎没有什么差别。虽然千禧中国鸟龙并不能飞行,但是它在骨骼结构上已经产生了一系列能够适应于飞行的演化,骨骼系统已经完全具备了拍打前肢的要求,是一种典型的预进化模式。千禧中国鸟龙也发育有细丝状皮肤衍生物,因而进一步证明了这种构造在非鸟兽脚类恐龙中的广泛存在,为羽毛的起源和演化提供了重要的启示。

  到目前为止,在辽西地区义县组下部地层中发现的几种兽脚类恐龙都长有类似于鸟类的绒羽或羽毛的皮肤衍生物。这是世界上第一次在鸟类之外的生物类群中发现类似的结构。系统发育分析的结论和皮肤衍生物在这些动物中的生长状况的研究表明,发现于镰刀龙类和美颌龙类的细丝状皮肤衍生物代表向羽毛演化的初级阶段,羽毛的起源很可能就是从此开始的,并在以后逐步演化出结构更为复杂的体羽。在兽脚类恐龙当中,对称的具有羽片的羽毛很可能是在手盗龙类这一演化阶段可是发育出来的。至于不对称的具有羽片的“高级”羽毛,则直到在鸟类起源后才出现,其功能显然是帮助鸟类在天空中飞行。因此,羽毛已经不再是鸟类的充分鉴定特征,因为羽毛在鸟类出现之前就已经出现了。以后如果我们发现了带有羽毛的动物化石,必须认真观察其骨骼形态,才能确定它到底是属于鸟类还是兽脚类恐龙。

  世界上最为权威的两大科学杂志之一,美国的《科学》杂志在今年的4月21日刊登了美国北卡罗莱纳大学古生物学家罗素教授等人的一篇科研论文,报道了他们最新发现并研究的一种两足行走的小型素食恐龙属于鸟脚亚目的奇异龙的心脏化石。

恐龙心脏化石
恐龙心脏化石

  罗素教授领导的研究小组利用CT扫描技术探究了这个化石心脏的3D构造,发现奇异龙的心脏有两个心室和两个心房,这种心脏结构与鸟类和哺乳动物的心脏结构相似,而不同于乌龟、蜥蜴等爬行动物。由此推测,奇异龙具有与鸟类和哺乳动物一样的生理机能。罗素教授因此肯定地认为,恐龙是一类具有高的新陈代谢水平、温血的活跃动物。

  有关恐龙的生理机能特性自从在20世纪70年代被重新重视以后,经历了一场长达10年之久的激烈争论。争论的焦点是,恐龙到底是一群呆头呆脑、行动迟缓的冷血动物(也称为变温动物)还是一群新陈代谢率高、动作敏捷的温血动物(又称为恒温动物)。

  认为恐龙是温血动物的阵营中的主将是耶鲁大学的巴克博士,他的主要依据有三点。首先,所有的恐龙都是腿部直立地“站在”地面上的,这不同于其它那些冷血的爬行动物四肢趴伏在地面上;其次,恐龙骨骼中的骨组织构造与温血的哺乳动物的骨组织构造相类似;第三,在现代的生态系统中(例如非洲草原),捕食者(例如狮子)与被捕食者(例如羚羊)之间的比值是一个常数,对北美洲恐龙动物群的统计显示其中捕食者和被捕食者之间的比例与这个常数近似。

  仍然认为恐龙是冷血动物的反对派也提出了他们的依据。首先,直立不能成为温血理由,因为鲸类、海豹等海生哺乳动物并不是直立的,但是它们却都是温血动物;其次,有些海龟的骨组织构造也与哺乳动物的骨组织构造类似,但却是冷血动物;第三,巴克所做的有关北美洲恐龙动物群中捕食者和被捕食者比例的统计有随意性,因此得出的常数并不准确。

  现在,恐龙心脏化石的发现证实了巴克博士的论断。这次,科学家第一次将高科技手段用在了古生物化石的直接的研究当中,用CT扫描层析的方法对这只生活在6600万年前的恐龙脏器化石进行了研究。日本京都大学的濑户口烈司教授评价说:“图象清晰地告诉我们,这只恐龙的心脏已经具有了独立的肺循环系统,它是恐龙温血假说的有力证据。”

  古动物的软体能够保存为化石实数罕见。这次恐龙心脏化石的发现和研究提醒古生物学家,如果能够采用高新技术手段和方法对古生物学进行多学科的综合研究,很可能回会带来古生物学研究的突破性进展。

永川龙
永川龙

  最近,在我国著名的恐龙之乡云南省禄丰县的川街乡,一个新的恐龙化石地点被发现了。在已经发掘的400平方米范围内,出露的恐龙化石经初步统计有肉食性兽脚类恐龙骨架1,巨型的素食蜥脚龙恐龙骨架8具,其中1具长约19米的骨架保存得非常完整。此外,还有大量的蛇颈龟的化石。埋藏学分析表明,这些动物在死亡后尸体经过搬运后才形成化石,但是被搬运的距离并不远,因而化石的保存情况才比较完好。

  化石埋藏在一套紫红色的砂质泥岩里,这套砂质泥岩在地质学上属于时代为侏罗纪中期-晚期的上禄丰组的底部。科学家鉴定,兽脚类恐龙与四川上沙溪庙组产出的永川龙相似,而蜥脚龙则属于马门溪龙科。由此推测,新发现的恐龙生存的时代也应该与上述的四川恐龙相近,即侏罗纪中期之末,距今大约1亿5千万年前。

霸王龙
霸王龙

  霸王龙是恐龙家族中最吸引人、震撼人的一种生活在白垩纪晚期的大型食肉恐龙,也是科学家了解得最多、讨论得最热烈的恐龙之一。之所以如此,除了它本身作为地球上曾经出现过的最大的陆生食肉动物之外,主要原因是它已经有11条近于完整的化石骨架被发现,科学家能够通过这些标本得到重要而且较为全面的科学信息和依据。

  最近,在加拿大萨斯喀彻温西南部的一条河谷里,加拿大皇家萨斯喀彻温博物馆的科学家又发现了世界上第12条几乎完整的霸王龙化石骨架。这条新发现的骨架包括有大部分头骨、下颌骨、牙齿、贯穿身体前端至尾巴末端的脊椎骨、腰带和一条后腿骨。虽然这并不是最完整的一条霸王龙化石骨架,也不是最早发现的霸王龙化石骨架,但是它含有过去发现的霸王龙骨架中缺失的骨骼部分,从而为科学家更加全面地认识霸王龙提供了可靠的依据。

  萨斯喀彻温发现的这条霸王龙从头至尾长达15米,是一种瘦小而灵巧的纤细型霸王龙。它那硕长的身体使得一些科学家认为它应该是雄性的霸王龙,不过即使在雄性的霸王龙之中,这条新发现的霸王龙也算是个体比较大型的了。

  鸟类是否起源于恐龙的争论已经经历了一个多世纪了。目前,绝大多数古生物学家都相信,鸟类确实起源于恐龙,而且是起源于兽脚类恐龙。但是最近,美国北卡罗莱纳大学的科学家安恩-布尔克和阿兰-费达克齐亚却通过胚胎学的研究证明,鸟类并不起源于兽脚类恐龙。

  在进化过程中,兽脚类恐龙和鸟类的两个脚趾都退化消失了。兽脚类恐龙化石表明,它们在进化过程中逐渐缩小并最终消失的是第四趾和第五趾。但是,安恩-布尔克和阿兰-费达克齐亚通过对胚胎的观测却发现,在分类上相差甚远的鸡、鸵鸟和鸬鹚这三种鸟类中,退化消失的是第一趾和第五趾,而中间的三个脚趾则都保留下来了。他们因此推测,鸟类不可能是由兽脚类恐龙演化来的,因为兽脚类恐龙不可能在第四趾退化后再重新长出而且同时再使第一趾退化消失掉。

  美国宾夕法尼亚大学兽医学院的恐龙专家彼得-多德逊过去一直是鸟类起源于兽脚类恐龙假说的积极支持者,但是当他得知了安恩-布尔克和阿兰-费达克齐亚的研究工作后对他们的成果大加赞扬,并且表示要重新考虑有关鸟类起源的问题。可见,安恩-布尔克和阿兰-费达克齐亚提出的新证据确实对鸟类起源于兽脚类恐龙的假说提出了挑战。

  2000年12月7日出版的英国权威科学期刊《自然》杂志上刊登了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的青年科学家徐星、周忠和和汪莜林发表的科学论文,将他们最新发现的世界上最小的兽脚类恐龙--小盗龙公诸于世。

中国古动物馆
中国古动物馆
鹦鹉嘴龙
鹦鹉嘴龙


  长期以来受各种传媒的影响,在一般公众的心目中恐龙都是一些庞然大物。然而,科学家早就发现了许多种小型的恐龙。中国古动物馆中展出的鹦鹉嘴龙就是一例,其身长不超过1米。不过,以前发现的所有成年恐龙的个体都大于世界上最原始的鸟类始祖鸟。这次,中国科学家终于发现了成年个体比始祖鸟还要小的恐龙,其身长不超过40厘米。这种被命名为小盗龙的“侏儒恐龙”在分类上属于池龙科,和著名电影《侏罗纪公园》里表现的迅猛龙是近亲。
始祖鸟
始祖鸟


  更有意思的是,徐星等科学家通过对小盗龙后脚骨骼结构的研究,发现小盗龙不仅能够与其他的小型兽脚类恐龙一样善于奔跑,而且它还具有爬树的本领,因此它可能具有两栖的习性。这一发现第一次为鸟类飞行能力起源的树栖学说提供了重要佐证。

  回顾近几十年来的研究历史,尽管越来越多的古生物学家已经支持鸟类从恐龙中起源的学说,但是有关鸟类飞行能力起源的争论却一直很激烈。由于一般认为兽脚类恐龙都是生活在陆地上的善于奔跑的动物,因而多数支持鸟类从恐龙中起源的学说的学者也都支持鸟类飞行能力起源于奔跑过程的理论。但是也有一些科学家则支持鸟类飞行能力起源的树栖学说。
小盗龙
小盗龙


  美国德克萨斯理工学院的科学家Chatterjee和俄亥俄大学的科学家Witmer就认为,鸟类可能是由一种生活在树上的小型兽脚类恐龙演化来的。他们认为,某种原来在地面上奔跑的小型兽脚类恐龙由于某种原因转移到了树上生活。然后,这种兽脚类恐龙在树栖生活中逐步发展了在树枝间或向地面滑翔的能力,直到最后进化成了具备主动振翅飞行能力的原始鸟类。然而在以前,这一假说并没有得到充分的注意,主要原因就是没有化石证据。过去已知的那些与鸟类在系统关系上接近的小型兽脚类恐龙都是生活在地面上的动物,它们的骨骼结构特点只表明它们具有很强的奔跑能力。尽管Chatterjee等人认为迅猛龙等池龙类恐龙可能会爬树,但是并没有发现其骨骼形态方面的强有力的证据。这一次,徐星等人研究了小恐龙脚趾位置、趾节长度和末端趾节的形态,并与典型的地栖恐龙、地栖鸟类和树栖鸟类进行了对比,发现小盗龙与多数兽脚类恐龙显著不同,后脚具有明显的树栖特征。对比中它们还发现,不仅小盗龙具有树栖特征,而且它的近亲即其它的驰龙类的后脚结构显然也发生了变化。这些发现表明,小型的兽脚类恐龙并不是像人们在过去想象的那样知具备奔跑能力,有些小型兽脚类恐龙已经具备了爬树的能力。因此,小型兽脚类恐龙的生活习性肯带不会像过去认为的那么简单,一些传统的兽脚类恐龙的生态复员图恐怕都必须重新描绘了。到目前为止,小盗龙是在形态上最接近鸟类的恐龙,它的发现为科学家了解兽脚类恐龙向鸟类进化提供了重要信息。此外,小盗龙的研究还澄清了不久前发生在古生物学史上的一个巨大错误。徐星等人正是通过研究小盗龙而找到了确凿的证据,表明曾经轰动一时的“辽宁古盗鸟”实际上是一件伪造的标本。徐星曾经在2000年3月出版的美国《国家地理》杂志上发表过短文指出“辽宁古盗鸟”的错误。这一次,徐星等人在《自然》杂志里又第一次在学术论文中纠正了这一错误。来源中国科普博览)