“隱藏的寶石”恐龍皮膚化石揭示了羽毛進化的驚喜
羽毛強壯而輕盈,美麗且結(jié)構(gòu)精確,是脊椎動物有史以來最復(fù)雜的皮膚附屬物。
盡管人類一直在玩羽毛自史前以來,我們?nèi)匀挥泻芏嗖涣私獾牡胤健?/p>
我們新研究發(fā)現(xiàn)一些最早有羽毛的動物也有像爬行動物一樣的鱗片狀皮膚。
繼第一個羽毛首次亮相之后恐龍,中華龍鳥(Sinosauropteryx prima)在1996,一連串的發(fā)現(xiàn)描繪了一幅越來越有趣的羽毛進化圖景。
我們現(xiàn)在知道很多恐龍還有它們的飛行表親,翼龍,有羽毛.過去,羽毛的形狀更多——例如,絲帶狀羽毛在恐龍和滅絕的鳥類中發(fā)現(xiàn)了擴大的尖端,但在現(xiàn)代鳥類中沒有發(fā)現(xiàn)。今天只有一些古老的羽毛類型被鳥類繼承。
古生物學(xué)家還了解到,早期的羽毛不是為了飛行.早期羽毛的化石結(jié)構(gòu)簡單,身體分布稀疏,因此它們可能用于展示或觸覺感知。
翼龍化石表明它們可能扮演了在體溫調(diào)節(jié)中的作用和顏色圖案.
盡管這些化石令人著迷,但古老的羽毛只講述了羽毛進化的一部分故事。其余的動作發(fā)生在皮膚上。
今天鳥類的皮膚柔軟而進化支持,羽毛的控制,生長和色素沉著,與爬行動物的鱗片狀皮膚不同。
化石恐龍皮膚比你想象的更常見。然而,迄今為止,只有少數(shù)恐龍皮膚化石在微觀層面上被檢查過。
這些研究,例如,2018 年對四種保存完好的皮膚化石的研究表明,早期鳥類及其近親恐龍的皮膚(腔龍)已經(jīng)很像今天鳥類的皮膚了。在類似鳥類的恐龍出現(xiàn)之前,類似鳥類的皮膚就已經(jīng)進化了。
因此,要了解類似鳥類的皮膚是如何進化的,我們需要研究在進化樹中早期分支的恐龍。
我們的研究表明,至少一些有羽毛的恐龍仍然有鱗片狀的皮膚,就像今天的爬行動物一樣。該證據(jù)來自一個新的標(biāo)本鸚鵡嘴龍,一只有角的恐龍刷毛狀尾巴上的羽毛。
鸚鵡嘴龍生活在白堊紀早期(約1.3億年前),但其氏族鳥鱗恐龍,在三疊紀時期(約2.4億年前)與其他恐龍分道揚鑣。
在新標(biāo)本中,軟組織是肉眼隱藏的。然而,在紫外線下,鱗片狀皮膚會散發(fā)出橙黃色的光芒。皮膚保存在軀干和四肢上,它們是身體沒有羽毛的部分。
這些明亮的顏色來自二氧化硅礦物,這些礦物負責(zé)保護化石皮膚。在化石化過程中,富含二氧化硅的液體在皮膚腐爛之前滲透到皮膚中,以令人難以置信的細節(jié)復(fù)制了皮膚結(jié)構(gòu)。保留了精細的解剖特征,包括表皮、皮膚細胞和皮膚色素稱為黑色素體.
化石皮膚細胞與現(xiàn)代爬行動物皮膚細胞有很多共同之處。它們具有相似的細胞大小和形狀,并且都具有融合的細胞邊界——這是只有在現(xiàn)代爬行動物中才知道的特征。
化石皮膚色素的分布與現(xiàn)代鱷魚鱗片中的分布相同。然而,按照爬行動物的標(biāo)準(zhǔn),化石皮膚似乎相對較薄。這表明化石鱗片在鸚鵡嘴龍在組成上也與爬行動物鱗片相似。
爬行動物的鱗片堅硬而堅硬,因為它們富含一種皮膚構(gòu)建蛋白質(zhì),即堅韌的角質(zhì)β蛋白.相比之下,鳥類柔軟的皮膚由不同的蛋白質(zhì)類型組成,即角蛋白,角蛋白是頭發(fā)、指甲、爪子、蹄子和我們皮膚外層的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。
為了提供物理保護,薄而裸露的皮膚鸚鵡嘴龍一定是由堅韌的爬行動物式角質(zhì)β蛋白組成的。如果沒有羽毛作為保護,較柔軟的鳥類式皮膚會太脆弱了。
總的來說,新的化石證據(jù)表明鸚鵡嘴龍在沒有羽毛的地方有爬行動物式的皮膚。尾巴,保留了一些羽毛標(biāo)本,不幸的是,在我們的標(biāo)本中沒有保留任何羽毛或皮膚。
然而,其他的尾羽標(biāo)本表明一些類似鳥類的皮膚特征一定已經(jīng)進化到可以將羽毛固定到位。因此,我們的發(fā)現(xiàn)表明,早期的羽毛動物具有混合的皮膚類型,僅在身體的羽毛區(qū)域具有類似鳥類的皮膚,而皮膚的其余部分仍然是鱗片狀的,就像現(xiàn)代爬行動物一樣。
這種分區(qū)開發(fā)將確保皮膚保護動物免受磨損、脫水和病原體的侵害。
接下來呢?
科學(xué)家需要探索的下一個知識差距是從爬行動物式皮膚的進化轉(zhuǎn)變鸚鵡嘴龍到其他羽毛較重的恐龍和早期鳥類的皮膚。
我們還需要更多的實驗來研究化石化過程本身。關(guān)于軟組織如何化石,我們還有很多不了解的地方,這意味著很難分辨化石中的哪些皮膚特征是真實的生物特征,哪些只是化石的人工制品。
在過去的 30 年里,化石記錄在以下方面讓科學(xué)家感到驚訝:羽毛進化.未來羽毛化石的發(fā)現(xiàn)可能有助于我們了解恐龍及其親戚如何進化飛行、溫血新陳代謝以及它們?nèi)绾蜗嗷ソ涣鳌?/p>
楊子霄,博士后研究員,科克大學(xué)學(xué)院和瑪麗亞·麥克納馬拉,古生物學(xué)教授,科克大學(xué)學(xué)院
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