一根恐龍羽毛引發的爭議

一根恐龍羽毛引發的爭議這是一根保存完好的1.5億年前的羽毛,也是人類首次發現這樣的羽毛。1861年,在德國的一座采石場里,這根羽毛重見天日,同時帶來了三個有爭議的問題。經過多年潛心研究,現在科學家獲得了關于這些問題的壓倒性證據:它屬于像鳥一樣的恐龍,始祖鳥;這是一種被稱為“初級覆羽”的翼羽;它原本的顏色是啞光黑。
供圖:MUSEUM FÜR NATURKUNDE BERLIN

撰文:MICHAEL GRESHKO
 
  1861年,第一塊已知的羽毛化石出土于德國一座石灰石采石場,自那之后,它成了古生物學的標志:它酷似現代鳥類的羽毛,卻埋藏在古代巖石之中。
 
  這根1.5億年前的羽毛是第一塊與始祖鳥有關的化石;人們在附近的巖石里發現了一種有羽毛的恐龍,取名為“始祖鳥”(Archaeopteryx lithographica)。這種古代動物體型和渡鴉差不多,兼具鳥類和恐龍的特征,是進化過渡的范例,支持了查爾斯·達爾文的理論。
 
  一切源于此,這根羽毛可以算是同類化石中最著名的。而它也最具爭議性,2019年的一項研究甚至指出,它根本不屬于始祖鳥。
 
  問題不在于始祖鳥是否有羽毛:多年來,古生物學家發現了13具始祖鳥骨骼,其中很多都保留了羽毛的印記。真正的問題是,這根標志性羽毛是否屬于始祖鳥,畢竟它為現代鳥類悠久的進化史提供了早期證據。
 
  現在,在國家地理探險家Ryan Carney帶領下,研究人員正在進行迄今為止最全面的梳理,最終確定,這根羽毛屬于始祖鳥。
 
  “通過文學作品,還有流行文化,(2019年的)錯誤研究廣為流傳,”南佛羅里達大學的古生物學家、數字科學家Carney說:“糾正大家的誤解意義重大。”
 
一根恐龍羽毛引發的爭議
侏羅紀時期的那根羽毛來自會飛的恐龍始祖鳥的左翼。這是3D重建的始祖鳥。
供圖:RYAN CARNEY
 
羽毛之謎
 
  今年是羽毛化石出土159周年。新的研究結果發表于《科學報告》(Scientific Reports),通過Carney的最新研究,我們可以全面了解始祖鳥:從它如何移動,到它的樣子。
 
  孩提時,Carney就對始祖鳥感興趣了。大學里,他專門學習了3D建模,來重建始祖鳥;他甚至把羽毛融入了期末課題:為它做了音樂視頻。在化石出土150周年之際,Carney在手臂上紋了化石紋身。對始祖鳥的熱愛,讓Carney成了這方面的專家。
 
  2012年,身為布朗大學研究生的Carney主持了一項關于羽毛化石的研究,目的是辨別羽毛的顏色和它在始祖鳥翅膀上的具體位置。他發現,羽毛很有可能來自始祖鳥左翼上翼面,可以幫助支撐初級飛羽。研究團隊還在高倍顯微鏡下觀察羽毛,發現了化石色素,表明羽毛是黑色的。
 
  那之后,還有幾項研究也試圖辨別羽毛的顏色和位置。2013年的一項研究指出,羽毛半黑半白;2014年的另一項研究則認為,羽毛的化石“色素”實際上是微生物化石。但最令人震驚的分析結果發表于2019年:美國科學進步基金會主任Thomas Kaye和香港大學的古生物學家Michael Pittman領導的研究團隊,對羽毛與始祖鳥的關系提出了質疑。

一根恐龍羽毛引發的爭議
研究人員借助掃描電子顯微鏡,分析了被稱為“黑素體”的化石色素,確定羽毛并不是之前另一項研究聲稱的半黑半白,而是完全是啞光黑色,尖端顏色更深。研究員Ryan Carney將這跟羽毛紋在了自己是手臂上(右圖)。
COMPOSITE OF FOUR IMAGES; MUSEUM FÜR NATURKUNDE BERLIN, LEFT, AND RYAN CARNEY
 
  2019年的研究用激光成像技術,在化石上看到微弱的化學“光暈”,對應位置是羽毛的羽莖,解剖學家稱之為“羽管”。雖然19世紀60年代,人們還能在羽毛中看到羽管,而且當時的化石繪圖中也有羽管,但標本磨損導致這一特征消失了。
 
  此外,研究著者們還畫出了羽毛的“中心線”,即一條曲線,從裸露的下羽根一直到覆蓋著羽支的羽軸。他們發現,它的形狀不同于現代鳥類羽毛樣本,這些樣本類似于Carney的團隊在2012年鑒定的那些。
 
  研究著者們認為,如果這塊羽毛化石不屬于這些羽毛,那它可能與始祖鳥的翅膀沒有關系。相反,它或許屬于另一種有羽毛恐龍。
 
跟蹤曲線
 
  現在,Carney和同事重復了2019年的分析,得出了相反的結論。
 
  Carney的團隊擴大了2019年研究中的鳥類羽毛對比范圍,從而更好地解釋為什么鳥類翅膀羽毛的形狀千差萬別。研究人員還追溯了羽毛化石的中心線,得到了一根不如2019年研究那么彎曲的曲線。新的中心線位于擴大后的羽毛形狀范圍之內,說明這根羽毛可能適合始祖鳥的翅膀。
 
  為了進一步檢測羽毛與假定主人之間的關系,Carney檢查了已知唯一保存了羽毛上表面印記的始祖鳥化石,發現神秘化石的大小和形狀與翅膀的羽毛匹配。

一根恐龍羽毛引發的爭議
阿爾特木爾河附近出土的始祖鳥標本(圖左)中包含羽毛的印記。研究團隊把單獨那根羽毛的掃描件放在翅膀上的假定位置,發現它的大小和形狀與保存下來的初級覆羽完全吻合 。
HELMUT TISCHLINGER (LEFT) AND COMPOSITE OF TWO IMAGES BY HELMUT TISCHLINGER (FOSSIL) AND RYAN CARNEY (FEATHER) (RIGHT)
 
  而且,化石還保留了羽毛分枝倒鉤的痕跡,它們附著在羽軸上,角度與羽毛化石里的那些幾乎相同。“我很驚訝它們竟然如此相似,”Carney說。
 
  研究團隊還回顧了始祖鳥化石的出土地圖。所有已知的骸骨都是在德國南部索爾恩霍芬地區的石灰石采石場被挖掘出來的,這片地區約64公里寬。羽毛化石的發現地點,距離13塊已知始祖鳥化石中的4塊,不到2.4公里。更重要的是,這5塊化石的形成時間跨度約16.5萬年。這在地質學上只是一瞬間,在今天的中國,一些有羽毛恐龍已經存在了幾百萬年。
 
  “在我看來,那張(地圖)就像一下子有了定論,因為那片地區的其他恐龍……都沒有高級的翼羽;在鳥類和恐龍身上,這些是最高級的羽毛,”Carney說。

一根恐龍羽毛引發的爭議
這是采石場的地圖,其中標出了5個始祖鳥樣本出土的地方,單根羽毛的發掘地點就在這附近。
供圖:PETER WELLNHOFER, FROM ARCHAEOPTERYX: THE ICON OF EVOLUTION, 2009
 
  Carney不同意2019年的研究對羽管的描述,而Pittman也表示不認可新研究的描述,以及之后的所有分析。他把羽毛的羽管和羽軸比作一根撐竿:即便是底部角度微小的改變,也會導致整體曲率的重大變化,尤其是最遠的尖端。
 
  “我們對下游分析進行評論,其實不太合理,因為如果定位錯了,如果測量的是其他特征,那么其他東西都會出錯。”
 
  Pittman說,他和合著者正在起草對Carney研究的回應。如果Carney自己的回應文章有缺陷的話,那么新的研究結果肯定不能算最終結論。
 
  但Carney確信這個羽毛化石屬于始祖鳥,他現在把注意力轉向了如何使用羽毛。在2016年的博士論文中,Carney用計算機模型和X射線分析了現在的鳥類和短吻鱷,來證實始祖鳥可以扇動翅膀,靠自己的力量飛行。他和他的學生目前正在通過重建始祖鳥的飛行,繼續這項研究。Carney表示,明年將會發表完整的研究結果。
 
  Carney說,長遠來看,他對重建始祖鳥的血肉和骨骼很感興趣:不僅僅是骨骼,還有肌肉、皮膚,甚至是他作為個人象征的黑色羽毛。
 
  “我希望它完美無缺,”Carney說:“它一定是完美的。”
 
(譯者:Sky4)

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