“鳥類的起源”研究入選《科學》2014年度十大科學突破

　　12月19日出版的《科學》雜志公布了2014年度十大科學突破，“鳥類的起源”研究名列其中。這一年度突破性科學成就名單是由《科學》雜志及其出版方，國際性的非營利機構美國科學促進會（AAAS）選出的，它還包括了在太空探測、醫學、機器人技術、合成生物學方面所取得的突破性進展。

　　 從上世紀70年代開始，在美國耶魯大學教授John Ostrom等人的努力下，人們在世界各地發現了大量化石證據，支持鳥類起源于手盜龍類恐龍的假說，并使得這一假說成為了有關鳥類起源的主流假說。然而，以龐大而笨重霸王龍為代表的手盜龍類的近親種如何演變為靈巧如蜂鳥和美麗優雅如天鵝的現代鳥類過程的理解還存在著許多薄弱環節，有待更多的研究和發現才能揭示出來。

　　2014年，進化生物學家對鳥類的起源取得了突破性的進展，為近二十年來世界各地恐龍和早期鳥類化石的發現和研究，尤其是發現于中國的大量保存精美的帶毛恐龍和早期鳥類化石的發現和研究取得的一個里程碑式的進展。

　　中國科學院古脊椎動物與古人類研究所徐星和周忠和研究員等2014年12月在《科學》發表有關鳥類起源研究的綜述文章，對這一熱點研究領域近年來取得的重要進展進行了全面總結，指出恐龍向鳥類的轉化已成為論證最詳實的主要演化事件之一。在過去的20年中，古生物學家們在中國新疆準噶爾盆地、內蒙古東南部和遼寧西部以及德國和俄國西伯利亞侏羅系地層中，在中國東北地區、蒙古戈壁地區、北美、南美以及非洲的白堊系地層中發現了大量化石，為鳥類恐龍起源說提供了一系列新證據，鳥類起源從時間框架上、從主要結構的轉化上以及從功能演化上，已經有大量系統性證據的支持，恐龍向鳥類的轉化已經成為了支持度最高的主要演化事件之一。

　　“半月形腕骨”是支持鳥類恐龍起源假說的重要證據，但來自鳥類胚胎發育的信息和化石證據存在沖突，導致對獸腳類恐龍和鳥類“半月形腕骨”的同源性存在不同的解釋。徐星等2014年9月在《自然》子刊《科學報告》上發表的文章，提出了有關‘半月形腕骨’新的同源假說，認為“半月形腕骨”位置的轉化與鳥類翅膀演化密切相關，是獸腳類恐龍手部折疊功能演化的結果。

　　近二十年來，古脊椎所的專家學者為鳥類恐龍起源說提供了一系列新證據，推動了“鳥類起源”研究的突破。徐星等指出，鳥類的主要特征，包括羽毛、飛行、快速生長模式以及獨特的生殖方式和生理特征，實際上經歷了一個漫長的演化過程。許多特征在獸腳類恐龍的演化早期，甚至在主龍類的演化早期，已經開始出現，其中一些特征遠在鳥類出現之前，已經演化到接近現代鳥類的水平，另外一些則在鳥類冠類群出現時才完成。不過，在某些演化階段，鳥類特征的演化速度明顯加速，一些重要特征的演化相關性明顯；同時，鳥類特征還體現出明顯的鑲嵌演化現象，呈現出一個非常復雜的模式。

　　2000年12月7日，《自然》雜志上刊登了徐星最新發現的世界上最小的獸腳類恐龍——小盜龍，研究者發現小盜龍不僅能夠與其他的小型獸腳類恐龍一樣善于奔跑，而且它還具有爬樹的本領。這一發現第一次為鳥類飛行能力起源的樹棲學說提供了重要佐證，并為獸腳類恐龍向鳥類進化研究提供了重要信息。

　　2003年1月23日出版的《自然》雜志封面文章發表徐星等發現的四翼恐龍-顧氏小盜龍，徐星在文章中認為，羽化的腿可以作為后翼，他懷疑這個物種是真正的拍打式飛行出現之前的過渡類型。該項發現有力地支持了鳥類飛行起源的“樹棲說”，被認為是世界鳥類進化研究中的一重要進展。

　　在2009年10月1日出版的《自然》雜志上，徐星研究團隊報道了一件產于遼寧西部晚侏羅世早期髫髻山組的保存有羽毛的赫氏近鳥龍標本，其生活時代較德國始祖鳥要早，代表了目前世界上最早的長有羽毛的物種，該項研究提出了獸腳類恐龍分異的時間框架新假說，反駁了有關鳥類起源的“時間倒置”論，并進一步支持了四翼恐龍的假說，這一研究代表著鳥類起源研究的一個重大突破。

　　2009年6月18日出版的《自然》雜志報道了徐星領導的國際研究小組在我國新疆準噶爾盆地的侏羅紀地層中發現了一種奇特的小型恐龍——泥潭龍。泥潭龍有著不同尋常的手部結構，像很多其他早期獸腳類恐龍一樣，泥潭龍保存了4個手指，但是其第一指卻嚴重退化了，第二指非常發育。徐星等綜合新的古生物學資料和現代發育學資料，提出了一種外側轉移假說來解釋恐龍手指的演化，這一假說將有望消除古生物學資料和現代發育學資料在鳥類手指同源問題上的矛盾觀點。

　　2010年1月，《自然》雜志報道了古脊椎所張福成研究員等在中國熱河生物群的鳥類和帶毛的恐龍中發現的兩種黑色素體。這一工作代表了古鳥類和恐龍研究取得的一項最新進展，不僅為科學復原古生物的顏色提供了依據，也為羽毛起源、鳥類起源及鳥類與恐龍的系統關系的研究提供了新的證據。

　　2012年4月，《自然》雜志報道了徐星等發現于中國遼西地區迄今世界上體型最大的帶羽毛恐龍——華麗羽王龍。華麗羽王龍的發現說明在暴龍類當中，羽毛的出現可能是非常普遍的。根據現有的化石標本，徐星等推測，從最初原始皮膚衍生物演化出典型的鳥類飛羽大約需要經歷5個階段：在第一個階段里僅有絲狀的蛋白質纖絲，在鸚鵡嘴龍和某些翼龍身上發現的機構可能屬于這一類；這些原始的絲狀羽毛末端發生分支，進入羽毛演化的第二個階段。在意外北票龍、奇異帝龍和中國鳥龍標本上保存的羽毛印痕屬于這一類。第三個階段最為關鍵，表現在羽囊、羽軸和羽片這些關鍵結構的出現，這一階段可以以原始祖鳥和尾羽龍身上的羽毛為代表。在演化的下一個階段，羽小枝產生；盡管這時的羽毛形態與現代鳥類的體羽還有一些差異，但它們已經具備一定的空氣動力學特性，小盜龍身上的羽毛就屬于這一類，推測這些恐龍已經能夠利用羽毛在樹林間穿梭。經過上面四個演化過程，羽毛最終變成我們今天看到的鳥類體羽的樣子。因此從化石材料上看，華麗羽王龍身上的羽毛有可能還處于這個演化模型的第二個階段。

　　2013年6月17日出版的《當代生物學》雜志上，刊登了徐星等題為“追尋鳥類手指演化”的論文，研究人員比較了幾種確定同源結構的常用標準，重點介紹了鳥類手指演化過程中的復雜性，強調了同源異型機制在鳥類手指演化過程中的作用。這項研究是徐星課題組用整合的方法，結合古生物學和發育生物學資料來解釋重要結構演化的一個新成果。

　　2013年3月18日，《自然》雜志在線發表了周忠和研究團隊題為“早白堊世鳥類卵泡的精美保存對研究恐龍繁殖行為的意義”的研究成果，該研究表明，盡管與鳥類關系最近的恐龍與鱷魚一樣，還使用兩個卵巢和兩條輸卵管，但早期鳥類顯然已經只保留一個有效的卵巢和一條輸卵管（身體左測）。他們據此推測，身體右測卵巢和輸卵管的功能退失可能發生在恐龍向鳥類過渡的階段，很可能與適應飛行需要的體重減少有關。此外，與爬行類和恐龍相似，早期鳥類的性成熟早于身體（骨骼）的成熟，不同于現生鳥類。

　　2013年，徐星和周忠和等通過分析山東天宇自然博物館的化石，發現11件早期原始鳥類標本后肢上長有羽毛的明顯跡象，經過深入對比研究，認為早期鳥類曾有四個翅膀，并且后肢羽翼也具備協助飛翔的氣動功能。3月15日《科學》雜志在線刊登了該項研究成果。

　　2014年，為了探討似鳥類的特征出現的真實情況，包括中國學者在內的數個研究團隊匯總和分析了大量恐龍和早期鳥類化石及現生鳥類的特征數據。其中一項研究選取了150屬種850個形態特征，同時測量了426個物種腿骨的厚度，進行比較分析。他們發現，最終演化為鳥類的恐龍隨時間推移持續不斷地變小，腿骨也不斷地變得纖細。

　　一旦鳥類的體型得以演變成形，新鳥類的種類就會快速地出現，可能受益自小巧的體型更利于尋找食物和避難居所，而它們的祖先體態龐大的恐龍則要困難許多。如果沒有祖先恐龍提供的良好的演化開端，現今就不會有鳥類翱翔藍天了！

　　除了年度十大科學突破外，《科學》雜志的工作人員還敘述了應關注的領域——如北極海冰和復合免疫療法等，以及今年對西非埃博拉疫情爆發做出的反應和讀者之選的調查結果，在這些結果中公眾對其自己所選的科學突破進行了表決。