新發現揭示早期鳥類尾骨與尾羽獨立演化方式

　　2月1日，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王敏、周忠和、鄒晶梅，與南京地質古生物研究所泮燕紅在《自然—通訊》（Nature Communications）上報道了一件發現于1.3億年前的早白堊世反鳥類——多齒脛羽鳥（Cruralispennia multidonta），揭示了尾綜骨與尾羽在鳥類早期演化中是相互獨立的，此外還發現了一類形態特殊的羽毛。

　　反鳥類是中生代鳥類演化最為成功的類群，構成今鳥型類的姐妹群，所有的現生鳥類都是從今鳥型類演化而來。新化石發現于1.3億年前的花吉營組。雖然屬于目前已知最古老的反鳥類之一，新鳥卻保存了很多進步的特征，包括胸骨后緣具有兩對突起、小翼指退化、腓骨與尾綜骨縮短等，明顯區別于同層位發現的其它鳥類；新鳥的下頜具有14枚牙齒，是目前已知下頜齒數最多的反鳥類，揭示了大量的形態分異在反鳥類演化初期就已經出現。

　　在恐龍向鳥類的演化過程中，尾骨的變化最為顯著。不同于恐龍所具有的長尾骨，現生鳥類的尾骨顯著縮短，特別是最后幾枚尾椎愈合成一個尾綜骨。現生鳥類的尾綜骨在側視時呈犁狀，其表面附有肌肉和纖維脂肪而能夠控制扇狀尾羽的展開和閉合，構成飛行的重要組成部分。此前，這樣的犁狀尾綜骨僅出現在今鳥型類，而扇狀尾羽也多在今鳥型類中發現；相反，在反鳥類和其它更為原始的鳥類中，如孔子鳥和會鳥，尾綜骨形態結構單一而呈長桿狀，特別是末端沒有向背側彎曲，相對長度明顯大于今鳥型類，因此它們的尾綜骨僅僅是尾骨縮短的結果，而扇狀尾羽也很少在這些鳥類中發現。因此，研究者普遍認為犁狀尾綜骨和扇狀尾羽是同步演化的。然而，多齒脛羽鳥的發現挑戰了這一觀點。多齒脛羽鳥的尾綜骨顯著縮短，相對長度與今鳥型類相近。更為重要的是，其尾綜骨的末端向背側彎曲，從而形成了和今鳥型類完全相同的犁狀尾綜骨。研究者利用判別分析構建中生代鳥類尾綜骨的形態空間，也證實了多齒脛羽鳥的尾綜骨與今鳥型類尾綜骨的形態更為接近。然而，多齒脛羽鳥并不具有扇狀尾羽；相反地，它的尾羽都是非羽片狀的，表明今鳥型類的尾綜骨通過平行演化的方式至少在一類反鳥類中出現了，而“犁狀尾綜骨——扇狀尾羽的協同演化”假說需要重新考慮。

　　研究者在多齒脛羽鳥的脛跗骨上觀察到了一類奇特的羽毛。這些羽毛長約12至16mm，整體呈線狀，但是在其最末端卻分散出細小的分支。研究者認為這些細小的末端分支代表了單一的羽支，這些羽支的主要部分愈合而成羽軸，僅在末端發散開來。鳥類后肢羽毛主要包括羽片狀和絨羽狀兩種形態，而上述多齒脛羽鳥的后肢羽毛不同于所有已知的現生或化石羽毛的形態結構，代表了羽毛演化中一類絕滅的羽毛形態——近端線狀而具有絲狀的末梢分枝。通過對多齒脛羽鳥羽毛進行掃描電鏡觀察，研究者發現脛跗骨羽毛的色素體形態明顯不同于身體其它部位的羽毛，而色素體的幾何形態與其顏色是相關的，表明這些脛跗骨羽毛具有不同的顏色。多齒脛羽鳥的脛跗骨羽毛顯然不具有空氣動力學作用，而其不同于絨羽的結構說明其保溫隔熱的作用有限，因此研究者推測這樣的羽毛可能用于吸引異性，這也與色素體所反映的不同顏色相互佐證。

　　此外，多齒脛羽鳥還提供了其它重要的特征演化信息，如腓骨的縮短代表了這一進步特征的最早出現。根據對其骨骼顯微結構的觀察和發現，研究者推測多齒脛羽鳥能夠在一年左右的時間達到成年，不同于其它反鳥類所具有的緩慢生長模式。通過對中生代鳥類系統發育關系的研究，多齒脛羽鳥被歸入較為進步的反鳥類，這與其相對古老的層位不一致。通過對主要支系分異時間的估算，由于多齒脛羽鳥的發現，使早白堊世主要鳥類支系的起源和分異時間要比之前的認識提早很多。

　　該研究得到了國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項（B類）的資助。