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史前“空中霸主”的 婴儿期如此独特

2017-12-07 11:04 来源:科技日报 李大庆

  哈密翼龙胚胎出壳复原图 赵闯绘

翼龙蛋三维立体化石局部放大,显示翼龙蛋和多个头部骨骼共同保存。

  你能想像到吗?在远古时代,地球大陆上主要由两种动物统治着:陆地上恐龙称霸,天空中翼龙称王。对于恐龙,我们见到的化石太多了,但翼龙化石所见甚微,因为全世界发现的翼龙化石数量太少了。

  新疆哈密首现翼龙三维胚胎化石。通过扫描这些化石,科学家描绘出这个曾经统治天空的爬行动物婴儿期的生活画面。

  北京时间12月1日,国际著名学术期刊《科学》在线发表了一项由中国和巴西科学家共同完成的有关翼龙的研究成果。科学家在全球首次报道了来自中国新疆哈密的三维立体的翼龙胚胎化石,据此,科学家对翼龙胚胎进行了科学分析,并详细描述了翼龙胚胎发育和幼年时的行为等细节。

  翼龙早于鸟类7000万年飞向天空

  翼龙不是恐龙,但它是恐龙的近亲,与恐龙生活在同一时代,是第一个飞向蓝天的爬行动物。翼龙和恐龙都起源于约2.2亿年前的晚三叠世,绝灭于6500万年前的白垩纪末期。当恐龙占据着陆地时,翼龙控制着天空。它是一类非常奇特的最不像爬行动物的爬行动物。

  1784年,意大利学者科利尼报道了在德国发现的第一件翼龙化石时,不能确定它属于哪一类动物。直到1801年,法国著名的比较解剖学家居维叶才鉴定它为翼龙,归于爬行动物。事实上,翼龙化石的发现比恐龙还早半个多世纪。即便如此,直到很多年以后,翼龙究竟属于哪类动物也一直有争议,甚至有人认为翼龙的两个翅膀不是用来飞行的而是在水中游泳的。

  翼龙比鸟类早了约7000万年飞向天空,大约在三叠纪晚期一出现就开始适应空中生活,在地球上成功地生存了约1.6亿年。翼龙为了适应飞翔的需要,具有许多类似鸟类的骨骼特征,如头骨多孔,骨骼细长中空轻巧,胸骨及其龙骨突发达等等。

  迄今为止,世界上已经发现并命名了约150种的翼龙化石。翼龙的个体大小和形态差异非常大,上世纪70年代在美国得克萨斯州发现的翼手龙化石,两翼展开约12米,宽度像一架战斗机,而小者则形如麻雀,如2011年中科院古脊椎所研究员汪筱林等在我国辽西发现的森林翼龙的翼展仅有25厘米。

  哈密发现史前翼龙“伊甸园”

  2005年,中科院古脊椎所的邱占祥和王伴月研究员在新疆哈密考察时,与时任哈密文物局局长亚合甫江等在野外发现了几小块破碎的化石骨骼,两位古哺乳动物学家认为这可能属于翼龙化石。回京后,他们将破碎的骨骼交给汪筱林鉴定,确认此为翼龙化石。哈密翼龙的发现与研究大幕就此拉开。

  通过汪筱林团队十多年的野外科考,哈密成为目前已知的世界上分布面积最大和最富集的翼龙化石产地。

  2014年,团队首次披露了他们在下白垩统地层中发现了约40个同一属种的雌、雄翼龙个体和5枚三维立体保存的翼龙蛋化石。

  当年,《细胞》旗下的《现代生物学》(Current Biology)以封面文章报道了这一重大发现,这也是世界上首次报道三维立体保存的翼龙蛋。

  这些蛋壳是由一层薄的钙质外层和厚的壳膜内层组成的双层结构,与现生一些爬行动物如锦蛇的“软壳蛋”极为相似。哈密翼龙这一新的翼龙类群及其蛋化石的发现,推动我国在翼龙的雌雄性别、个体发育、翼龙蛋宏观形态及其蛋壳显微结构、生殖和生态习性等方面的研究都取得了重要进展。这一发现被认为是“翼龙研究200年来最令人激动的发现之一”。

  十几年来,汪筱林率领的科考队先后考察了哈密上千平方公里的戈壁大漠。2011—2016年间,又有重大发现。在一套夹有红色泥岩砾屑的风暴沉积的灰白色湖相砂岩中,在2.2米的化石富集剖面上,团队发现了有8层富含翼龙化石的风暴事件沉积。在其中一层约3平方米的砂岩中通过修理已经暴露的翼龙蛋化石就有215枚,如果再加上岩石中没有完全暴露的翼龙蛋,推测可达300枚,同时还有十余个头骨和下颌,以及数量众多的头后骨骼。汪筱林说:“大量翼龙蛋、胚胎和头骨等骨骼化石的发现,显示出哈密翼龙具有群居的生活习性,这里很可能是它的繁殖产蛋地点之一。”

  翼龙婴儿期会走不能飞,需父母照顾喂食

  汪筱林团队对其中42枚翼龙蛋化石进行了显微修理或CT扫描,确定其中16枚保留了三维立体的胚胎,这是世界上首批发现的三维立体翼龙胚胎化石。

  其中,13号胚胎是所有胚胎中骨骼保存最完整的。通过CT扫描和三维重建,团队发现胚胎的股骨已完全发育,具有了与亚成年或成年个体一致的股骨头和明显收缩的股骨颈。中科院古脊椎所蒋顺兴博士说,这意味着很可能哈密翼龙孵化后就具备了在陆地上行走的能力;同时,其左右两侧的肱骨却还没有发育完全,还不具有弯曲的三角肌脊,这一结构是翼龙附着与飞行相关的胸肌的位置,意味着翼龙孵化后很可能还不具备飞行能力,只有行走能力。

  在11号胚胎中也观察到了这种前肢没有完全发育的现象。在翼龙的亚成年或者成年个体中,肩胛骨都会发育有明显的肩胛骨突,即使是在最小的一件幼年个体的肩胛骨上也有这一结构,这是附着大圆肌的位置,这一肌肉对在飞行中抬升翅膀具有重要的作用。然而在11号胚胎中的肩胛骨上这一结构却还没有发育,也意味着哈密翼龙在孵化后可能不具有飞行能力。

  团队认为,哈密翼龙后肢发育速度较前肢快,孵化之后的婴儿具有地面行动能力,但不能飞行;在一件具有下颌的胚胎中没有发现牙齿,认为哈密翼龙的牙齿萌发较晚,估计出生后也不能主动捕食,需要父母喂食照料。汪筱林说,虽然翼龙是一种相对早熟型的胚胎发育模式,但其胚胎发育并不像之前认为的那么早熟,还需要成年翼龙的照顾。

(责任编辑:王蔚)

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