1862年,考古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了首個(gè)始祖鳥的遺骸,復(fù)原后發(fā)現(xiàn)這個(gè)史前生物大小及形狀與喜鵲相似,它有著闊及圓的長翅膀及長尾巴,但它的顎骨上卻又長有鋒利的牙齒,腳上三趾都有彎爪,尾巴是骨質(zhì)的,這些特征又正好和恐龍相似。始祖鳥化石成為了鳥類是由恐龍進(jìn)化來的最有力證據(jù)。
那么,始祖鳥是從哪一類恐龍進(jìn)化而來的呢?答案就是獸腳亞目恐龍,獸腳亞目與鳥類之間的共同點(diǎn)包括:腳掌有三趾、胸部上有“叉骨”、骨頭充滿空氣等。
在獸腳亞目恐龍的家族成員中,有巨型的暴龍和小一點(diǎn)的伶盜龍。暴龍身長約13米,體重約6.8噸,體型龐大自不必說,即使是小伶盜龍?bào)w重也有約15千克,與現(xiàn)代鳥類比起來,也堪稱巨人了。那么,這么龐大的恐龍又是怎么進(jìn)化成現(xiàn)在小巧的鳥類的呢?
基因突變?
20世紀(jì)頭30年,主流的解釋是“希望怪獸理論”。
這一理論認(rèn)為,與一個(gè)物種內(nèi)部的緩慢進(jìn)化不同,一個(gè)物種的重大改變必定是因?yàn)榇笠?guī)模的基因變異。比如136千克的食肉恐龍變成麻雀大小的史前伊比利亞鳥,恐龍的鱗片突然進(jìn)化成羽毛,在這中間遺傳物質(zhì)一定發(fā)生了巨變。
然而,20世紀(jì)90年代,在中國發(fā)現(xiàn)了一種的新的恐龍化石——孔子鳥化石,盡管這種化石顯示恐龍當(dāng)時(shí)并沒有長出翅膀,但它們?nèi)砭谷灰呀?jīng)長出了羽毛。此前,羽毛被認(rèn)為是鳥類特有的。
隨后研究者也發(fā)現(xiàn)鳥類的呼吸系統(tǒng)其實(shí)早已經(jīng)在恐龍身上出現(xiàn)了,始祖鳥和現(xiàn)代9300多種鳥類的祖先——虛骨龍(獸腳亞目后來演變成的一類特殊的小型恐龍),二者的骨骼結(jié)構(gòu)并沒有什么太大不同。這些發(fā)現(xiàn)都跟希望怪獸理論背道而馳:恐龍進(jìn)化成了鳥類,并沒有發(fā)生突變性變異。那么,如果不是因?yàn)榛蛲蛔?,又?huì)是什么呢?
想變鳥,先瘦身
2014年,澳大利亞、英國和意大利等國研究人員根據(jù)120種恐龍的1500多個(gè)解剖特征,發(fā)現(xiàn)了獸腳類恐龍成功進(jìn)化的奧秘——“瘦身”運(yùn)動(dòng)。原來,當(dāng)其他恐龍還在不斷“長個(gè)”時(shí),獸腳類恐龍是唯一一類體型不斷縮小的恐龍,它們的收縮速度是其他恐龍?jiān)鲩L速度的160倍,2.1億年前其平均體重為163千克,當(dāng)約1.6億年前進(jìn)化到始祖鳥時(shí)已經(jīng)降至0.8千克。
對(duì)于恐龍來說,變得極小的身型是非常重要的,很可能是進(jìn)化成鳥類的最關(guān)鍵的一步,因?yàn)樾◇w積可能是飛行的前提,盡管體積龐大可以滑翔,但是真正的展翅飛行需要靠扇動(dòng)翅膀產(chǎn)生推力,這就需要翅膀大小和體重之間維持一個(gè)特殊比例。所以,大個(gè)恐龍變成鳥前,是經(jīng)過了一個(gè)漫長的“瘦身”過程。研究人員估計(jì),這一“瘦身運(yùn)動(dòng)”大約花了獸腳類恐龍家族的5000萬年的時(shí)間。
然而,獸腳類恐龍又是如何成功“瘦身”的呢?研究者發(fā)現(xiàn)在獸腳類恐龍中,發(fā)生了一個(gè)奇妙的進(jìn)化過程——幼態(tài)延續(xù)。
幼態(tài)延續(xù)是物種把幼年的甚至胎兒期的特征,保留到幼年以后甚至成年期的現(xiàn)象。比如人類就是典型的幼態(tài)延續(xù)動(dòng)物,人類新生兒體毛稀疏,頭大,大腦學(xué)習(xí)能力強(qiáng),這是幼態(tài),到了成年后,這些特征依舊保留,大腦的學(xué)習(xí)能力在一生中都很旺盛。
研究發(fā)現(xiàn),獸腳類恐龍也發(fā)生了幼態(tài)延續(xù),它們出生后,體形不怎么長大。隨著時(shí)間推移,獸腳類恐龍的面部、骨骼在萎縮變小,腿骨也不斷地變得纖細(xì),但是眼睛、腦部卻一直在發(fā)育,喙開始出現(xiàn)。鳥類化石和恐龍化石對(duì)比后發(fā)現(xiàn),變成化石的小恐龍的頭蓋骨與成年的鳥類很像,而最早的鳥類跟迅猛龍的胚胎形態(tài)幾乎一樣。獸腳類恐龍正是借助這一過程,保留了童年時(shí)期的小體型,從而瘦身成功,創(chuàng)造了一個(gè)進(jìn)化奇跡。
細(xì)節(jié)重塑:喙的出現(xiàn)
那么,其他細(xì)節(jié),比如鳥的一個(gè)非常重要的器官——喙又是如何出現(xiàn)的呢?
鳥類可以用喙尋找食物、清潔身體、筑巢和照顧幼鳥。鳥類有著各不相同的棲息地,其中很多鳥類依靠十分特別的喙才能存活。因此,鳥類的生存能力不只是源于它們的飛行能力,其驚人的多功能性的喙也發(fā)揮著重要作用。
在現(xiàn)代鳥類,兩塊上頜骨融合成為喙。其結(jié)構(gòu)與恐龍、短吻鱷、遠(yuǎn)古鳥類和其他脊椎動(dòng)物截然不同。為了找出變化是如何出現(xiàn)的,美國耶魯大學(xué)人員研究了一系列與遠(yuǎn)古鳥類有關(guān)的現(xiàn)存物種:短吻鱷、雞、老鼠、蜥蜴、龜和鴯鹋。
他們發(fā)現(xiàn)與沒有喙的生物相比,禽類擁有一個(gè)獨(dú)特的與面部形成有關(guān)的基因簇。隨后,研究者用化學(xué)藥品抑制了蛋殼內(nèi)小雞胚胎的一些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)小雞胚胎骨骼開始發(fā)育時(shí),它們長出了短短的圓形骨頭,而不是鳥類那種狹長型骨頭,最終,這個(gè)胚胎的喙部組織和位于嘴巴上方的腭骨都恢復(fù)到與恐龍相同的狀態(tài),一只小雞長出了恐龍的臉。不過,出于實(shí)驗(yàn)道德的考慮,研究者對(duì)小雞胚胎進(jìn)行安樂死,未使它發(fā)育成為完整的小雞。
這一發(fā)現(xiàn),再一次說明恐龍的口鼻到喙的轉(zhuǎn)變,并不需要特殊的進(jìn)化飛躍或者大規(guī)模的基因改變,只需要負(fù)責(zé)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)活躍程度出現(xiàn)差異性即可。這樣看來,物種內(nèi)部的極小變化也能夠同樣驅(qū)動(dòng)宏觀進(jìn)化,使得物種進(jìn)化出全新特征和新種群。
研究者猜測可能正是借助這種物種內(nèi)部基因控制方式的微小變化,恐龍?jiān)凇笆萆怼边^程中,也在緩慢進(jìn)化出鳥類特征,比如首先進(jìn)化出雙足行走的方式,然后是羽毛、叉骨,再是更復(fù)雜的羽莖,再然后是翅膀,最終的結(jié)果是從恐龍到鳥類之間無縫的完美轉(zhuǎn)變。
下一步,研究者將繼續(xù)深入研究恐龍和鳥類之間,其他細(xì)節(jié)是如何進(jìn)化的,到時(shí)將為我們徹底揭開大個(gè)恐龍變鳥記的神秘面紗。