中华龙鸟——恐龙身上第一缕毛发
中文名称:中华龙鸟
学名:Sinosauropteryx
释义:来自中国长有翅膀的蜥蜴
体型:体长1米,高约0.4米,体重约3千克
生存年代:早白垩世
化石产地:亚洲东部,中国,辽宁省
命名者:季强、姬书安
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中华龙鸟的发现
中华龙鸟的正模标本,图片来自网络
1995年,中国辽宁省北票市上园镇四合屯村的农民李荫芳在开垦一片山坡,这片山坡由古火山灰构成,而他在地下发现了一块少见的岩石板。当岩石板被从中间打开时,石板的正反两面马上现出两具一模一样的动物化石。李荫芳当时并不知道,他的发现就颠覆世界对恐龙的认识。
第二年农闲的时候,李荫芳带着他发现的化石来到北京,他先是找到了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所,但是由于阴差阳错,研究所并没有并没有征集他所发现的这块化石。李荫芳并没有灰心,他带着化石来到中国地质博物馆,找到了馆长季强博士。在季强的办公桌上,当锦盒内遮盖化石的布被揭开的那一瞬间,季强眼前一亮,他被化石几乎完美的保存状态深深吸引,标本不但保存了骨骼,而且还保存了巩膜环甚至是内脏印痕。
中华龙鸟的命名者——季强研究员,图片来自网络
季强在观察化石的时候还注意到在这只动物身体周围有一层类似绒毛的印痕。季强兴奋不已,他对李荫芳说:“我们不能做买卖。你可以捐献给国家,国家给你发奖金。”后来季强以博物馆的名义,花费6000元收购了这具标本。季强回忆时说:“第一眼看到它,我的心那个跳得快哟。”
古生物学家季强、姬书安随后对这具化石进行研究,相关的研究论文发表在1996年第10期的《中国地质》杂志上。在谈到中华龙鸟的命名是,季强回忆道:“我和同事们数次往返于化石的发现地点,经过反复论证,认为这可能是一种处于进化过渡时期的鸟,因为在中国发现,又形似恐龙,所以将它取名‘中华龙鸟’。”
中华龙鸟(属名Sinosauropteryx),学名来自拉丁语中的“Sino”(意为“中国”)、“Saur”(意为“蜥蜴”)及“pteryx”(意为“翅膀、翼”),意思是“来自中国长有翅膀的蜥蜴”。中华龙鸟的模式种被命名为原始中华龙鸟(Sinosauropteryx prima),种名来自其身上表现出来的原始特征。起初,中华龙鸟的研究者季强起初认为它是一种鸟类,不过后来的研究证明中华龙鸟其实是一种恐龙。中华龙鸟生存于距今1亿3000万年前至1亿2000万年前早白垩世晚期的中国东北,属于美颌龙科。
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惊人的吻合
中华龙鸟的命名者季强细细端详化石,这个生物体态很小,长度大约70厘米,宽大约50厘米,样子就像是一只奔跑中的野鸡。与鸡不同,化石中保存的动物外形更像恐龙,它的嘴中长有锐利的小牙齿,前肢短小,后肢长而粗壮。化石中动物的尾巴特别长,共有50多节尾椎骨组成,长度甚至超过了全身的一半。在季强眼力,最吸引他的是化石中从头部到尾披覆的一层像毛发一样的皮肤衍生物。这种奇特的像毛发一样的印痕清晰,长度约0.8厘米。正是因为这一特征,季强才认为化石是一只鸟而非是恐龙。
季强认为中华龙鸟的丝状羽毛已代表有羽轴与羽支的真正羽毛,因此中华龙鸟应该是真正的鸟类。他们将中华龙鸟分类于一个新目,中华龙鸟形目(Sinosauropterygiformes)的中华龙鸟科(Sinosauropterygidae),而中华龙鸟形目属于蜥鸟亚纲。
中华龙鸟的横空出世在世界范围内引起轰动,它是古生物学家发现的第一种长有羽毛结构的恐龙。但是让季强万分惊讶的是,就在他对外公布发现中华龙鸟几天之后,另一张带毛的恐龙化石照片出现在了美国的各大报纸上,在国际学术界引起了轩然大波。报纸上出现的这幅化石照片也来自中国!
季强将刊登出来的照片与自己手中的化石做了一个比对,他惊奇的发现,二者竟然惊人地吻合,这究竟是怎么回事?另一块化石从何而来?原来就在季强的中华龙鸟论文发表后的1996年10月,中科院南京地质古生物研究所陈丕基教授正在美国哈佛大学进行学术访问,时逢“第56届北美古脊椎动物年会”在美国自然历史博物馆召开,他顺路前去参加了这个世界各国古脊椎动物学家的盛会。会议中间休息时,陈教授把一张“带毛的恐龙”化石照片给著名古生物学家、耶鲁大学的约翰·奥斯特伦姆(John Ostrom)观看。
陈丕基教授万万没有想到,自己在会议休息时展示的这张照片,不仅让奥斯特罗姆教授激动不已,更让各国的古生物学者大吃一惊,他们被这个精美的动物标本惊呆了。就这样,与本次年会毫无关系的中国学者和他带的化石照片立即成了年会上最大的新闻和热点,美联社、纽约时报等媒体先后发表了消息。
后来,陈丕基教授在谈到化石出处的时候,同样是来自于辽宁省四合屯村的农民李荫芳。他谈到李荫芳的时候说:“李荫芳是一个很聪明而且有经济头脑的农民,他从化石的中间沿着岩层的层理把化石分成了两块,形成凸起的正模标本和凹下去的副模标本。他首先来到我们所,研究所的研究人员以为是一个普通的小恐龙,便征集后收入仓库;接着,他又将副模标本卖给了季强。这样,一块化石他就赚到了两份钱。你还别说,这个农民的分割技术还真不是一般的好,正副模标本上的化石几乎没受伤害,即使是专业人员,想做到这一点也有难度。”
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是龙是鸟
中华龙鸟的骨骼装架,图片来自网络
中华龙鸟的发现给“鸟类恐龙起源说”的支持者们提供了强有力的化石证据。美国费城自然科学院组成了以奥斯特伦姆教授为首的5位在恐龙与鸟类研究领域具有国际权威的古生物学专家代表团,准备来中国进行实地考察、研究,这个具有世界权威的代表团被称为“梦之队”。
1997年5月,“梦之队”首先来到位于北京的中国地质博物馆,研究了中国龙鸟的标本,然后又匆匆奔赴南京,观察了位于南京地质古生物研究所中的中华龙鸟化石。之后,他们又在中国古生物学家的陪同下考察了位于辽宁省的发现中华龙鸟的化石点。
就在梦之队结束中国之行即将离开之时,季强博士问奥斯特伦姆等人是否可以针对中华龙鸟的发现召开一个新闻发布会,并坦陈不公的表达专家们的观点。
关于新闻发布会的新闻稿,古生物学家最后达成一个共识,发表了一个声明:第一承认中国的辽西是世界级的化石宝库,是最有希望解决鸟类起源问题的关键地区。第二,根据他们的观察,他们认为“中华龙鸟”身上长的皮肤是原始的羽毛,或者类似于羽毛的一种原始结构,但是目前还不能肯定。根据研究的经验和以往掌握的知识来看,“中华龙鸟”仍然属于一种小型的食肉性恐龙。
陈丕基等研究人员在1998年1月8日出版的英国《自然》杂志上发表了研究论文,认为中华龙鸟是一只小型的兽脚亚目恐龙,而不是之前所说的鸟。根据生物命名法则,季强最初给它定的名字“中华龙鸟”则依然使用。
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小巧而敏捷
中华龙鸟的骨骼线图,图片来网络
中华龙鸟体长约1米,高约0.4米,体重约3千克,是一种体型轻巧的动物。中华龙鸟是最早发现的带有羽毛压痕的恐龙,同时它也是辽宁省最早发现的恐龙化石之一。
图片:江氏小盗龙
中华龙鸟的嘴巴中长有细小锋利的牙齿
中华龙鸟的头骨低而长,脑壳较小。中华龙鸟的眼眶很大,一双大眼睛视力敏锐,而且眼眶中有巩膜环保护眼睛。同时,中华龙鸟的眼眶后面具有明显的眶后骨,其下颌骨后面的方骨较直。中华龙鸟嘴中长有两排侧扁的像小刀一样的牙齿,而且牙齿边缘带有锯齿,适于切割。
中华龙鸟的前爪,图片:江氏小盗龙
中华龙鸟的前肢较短,只有后肢的三分之一,它的手上长有三个末端具有勾爪的指,其中第一指长度适中,第二指最长,第三指最短。与短小的前肢相比,中华龙鸟的后肢长而健壮,胫骨长于股骨,这是典型的善跑动物的特征。中华龙鸟的腰带结构精巧稳定,其尾巴上长有64块尾椎骨,而且脊椎骨上长有发达的神经棘和脉弧构造。
中华龙鸟模型,图片:江氏小盗龙
最著名的中华龙鸟化石保存在一块长条形的石板上,其长度大约70厘米,宽50厘米。石板上的动物高高的昂着脑袋,尾巴在身后向上翘起,它的身体自然舒展着,那样子就好像一只正在报晓的骄傲公鸡。在该标本的脑袋,经颈部、背部,直到尾巴背部保存有一层皮肤衍生物的印迹。中华龙鸟的正副模化石是非常完整,同时也是最著名的恐龙化石。
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暖暖的毛发
中华龙鸟是我们发现的第一种具有毛发结构的恐龙,它的发现改变了对恐龙的传统印象,令人们耳目一新。从中华龙鸟开始,长有羽毛的恐龙开始深入人心。
中华龙鸟身上披着的一层毛发,图片:江氏小盗龙
在中华龙鸟的背部和尾巴上,长有类似于“毛”的皮肤衍生物,包括季强在内的绝大多数古生物学家认为这是原始的“羽毛”。而著名学者董枝明根据中华鸟龙丝状结构的分布、密集程度,提出中华龙鸟在生前是全身覆盖者羽毛,而腹侧的羽毛在化石化过程前就已经腐烂、分解。
中华龙鸟身上的丝状结构,其长度是各不相同的。其眼睛前方的丝状结构最短,只有1.3厘米长;肩部的羽毛长达3.5厘米;前肢的羽毛长约1.4厘米;臀部至尾巴的羽毛较长,可达4厘米;尾巴下侧的羽毛较短,只有3.5厘米。
研究人员根据中华龙鸟身上丝状结构的分布、与波浪般的整体外廓,指出这些原始羽毛相当柔软。古生物学家利用显微镜检验中华龙鸟身上的毛发组织,他们发现每根丝状结构的边缘较黑,内部较亮,说明这些丝状结构的内部中空,类似现代鸟类身上的羽毛。不过与体型接近的哺乳动物的毛发相比,中华龙鸟的原始羽毛还是相当粗糙的。
古生物学家还发现,在中华龙鸟丝状结构与身体之间有段空隔,部分研究人员认为这空隔曾经包括有皮肤、肌肉组织。这种空隔结构在中华龙鸟的头部和尾巴末端较细,丝状结构较接近骨头,也就是说这部分的肌肉组织较少;而其背椎与丝状结构的空隔较宽,显示该处的肌肉组织较多。很显然,中华龙鸟身上的毛发并不是用来飞翔的,而是一种保温结构。小型恐龙和鸟类因为高效的活动具备很高的新陈代谢率,因此也就需要保持体温,毛发便是保温结构。
据《自然》杂志在线报道,科学家对中华龙鸟化石的最新研究表明,早期的羽毛进化很可能并非为了飞翔。这一发现对羽毛进化理论提出了质疑。这一成果发表在近期的《英国皇家学会会刊》上。
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第一种有“颜色”的恐龙
有颜色的中华龙鸟,图片:江氏小盗龙
在过去的一个半世纪中,虽然我们对恐龙外形的推测越来越科学准确,但是一直不清楚恐龙长什么颜色。对于中华龙鸟的研究向我们揭示了恐龙的颜色,它们终于不再生活在我们想象的颜色中。
中华龙鸟尾巴上的黑色斑条,张宗达先生特别在其中加入了金属紫色
2010年1月份,英国、爱尔兰及中国科学家所组成的研究小组将他们的研究成果发表在《自然》杂志网站上。中国古生物学家张福成等公布了数种恐龙与早期鸟类的羽毛痕迹研究,发现这些物种的羽毛中带有黑色素体(Melanosomes,这是一种存在于羽毛、皮肤、鳞片的吸光色素),并对比研究这些恐龙羽毛痕迹中的黑色素体大小、分布形态。研究人员利用电子显微镜,发现不同的“黑素体”会让羽毛、皮肤展现出不同的颜色,包括黑色、灰色、橙色或者棕色。研究人员根据现代鸟类羽毛中的黑色素体推测出中华龙鸟体表羽毛中黑色素体所代表的颜色。研究小组最终得出结论,指出中华龙鸟的身色羽毛,在生前呈现粟色、或红棕色,而尾巴则是橙白两色相间的。
中华龙鸟的横空出世,具有非凡的科学意义,它的发现标志着恐龙研究的一个新起点。中华龙鸟的研究为鸟类起源提供了关键信息,具有里程碑的意义。美国总统克林顿在《国家地理》杂志创刊110周年庆祝大会上,手持封面印有尾羽鸟复原图的最新一期《国家地理》杂志,称赞中华龙鸟、原始祖鸟和尾羽鸟是最重要的科学发现之一。
文 |江氏小盗龙
参考资料
1.Ji, Q., and Ji, S. (1996). "On discovery ofthe earliest bird fossil in Chinaand the origin of birds." Chinese Geology 10 (233): 30-33.
2.Ji, S., Gao, C., Liu, J., Meng, Q., and Ji, Q.(2007). "New material of Sinosauropteryx (Theropoda: Compsognathidae) fromwestern Liaoning, China." Acta Geologica Sinica(English Edition) 81(2):177-182.
3.Chen, P., Dong, Z., Zhen, S. (1998). "Anexceptionally well-preserved theropod dinosaur from the Yixian Formation ofChina." Nature, 391, 147-152.
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5.Hurum, J?rn H.; Luo, Zhe-Xi &Kielan-Jaworowska, Zofia (2006): Were mammals originally venomous? ActaPalaeontologica Polonica 51(1): 1–11.PDF fulltext