小雞？小鴨？小鳥？最古老“神奇動物”化石揭示鳥類起源
作者丨唐一塵
去餐館，你可能會吃到一塊“火雞鴨”：一種填在火雞肚子裏的鴨子裏的雞肉。
現在，古生物學家有了他們自己的“火雞鴨”版本：迄今為止發現的最古老的現代鳥類頭骨，它早於鴨系，以及雞和火雞系的分裂，它還同時具有這3種動物的特徵。
這塊恐龍時代的化石被暱稱為“神奇雞”，它包括一個幾乎完整的頭骨，隱藏在毫無特色的岩石碎片中，歷史可以追溯到小行星撞擊地球前不到100萬年——那次撞擊導致所有大型恐龍滅絕。
英國劍橋大學等機構的研究人員3月19日在《自然》上發表論文説，這塊新發現的化石有助於解釋為什麼鳥類在白堊紀末期的大滅絕中倖存下來，而巨型恐龍卻沒有。
“這是一個信息量非常大的標本。”未參與該研究的美國巴爾的摩約翰霍斯·普金斯大學古生物學家AmyBalanoff説。
儘管最早的鳥類，比如有着1.5億年曆史的始祖鳥，看起來與今天的鳥類非常不同，但新發現的化石卻具有現代陸禽和水禽的明顯特徵，這或許能讓人們得以一窺它們共同的祖先。
“當我第一次看到岩石下面的東西的時候，是我科學生涯中最激動人心的時刻。這是世界上保存最完好的鳥類頭骨化石之一。我幾乎要掐自己一下，因為我們知道它來自地球歷史上如此重要的一個時期。”論文通訊作者、英國劍橋大學古生物學家Daniel Field説。
運氣 技術
Field認為，是運氣和技術促成了這一發現。Field説，荷蘭馬斯特裏赫特自然歷史博物館館長JohnJagt在博物館的藏品中發現了“4塊非常小的岩石，上面有斷裂的骨骼”。
乍一看，這塊化石不像什麼，只有幾塊小腿骨碎片從一塊紙牌大小的岩石中伸出來。即使是這些小骨頭也引起了研究人員的興趣，因為從地球歷史上這一時期的鳥類化石非常罕見。
“中生代現代鳥類化石記錄非常稀少，這可能與現代鳥類的起源有關。現代鳥類似乎起源於中生代末期，因此，雖然中國遼寧等地的一些中生代沉積物保存了大量的類鳥動物化石，但現代鳥類本身在那個時候可能還沒有起源。”Field接受《中國科學報》採訪時表示。
“現在，我們所知道的最古老現代鳥類化石來自中生代的最後100萬年，就在白堊紀末期大滅絕事件之前。我們希望這個新化石發現將幫助人們未來發現更古老的中生代現代鳥類。”他説，“很難想象還有比這更令人興奮的化石了。”
Field和博士後Juan Benito將這塊石頭放入電腦斷層掃描儀中，希望x射線能揭示裏面的結構。Field説，當看到掃描結果時，大家的喊聲讓技術員跑回了房間，“她以為我們把機器弄壞了。”
圖1 頭骨數字模型。圖片來源：Daniel Field
他們所看到的，就在岩石下1毫米處，這也是他們一生中最重要的發現：一個幾乎完整的6670萬年前的鳥類頭骨。它看起來像一隻現代鳥類。但頂部和後部的骨頭與現代鴨子非常相似，而面部和喙部有未熔合的骨頭，就像今天的雞和火雞一樣。
圖2 雞雁小綱部分動物方骨和顱骨形態的比較。圖片來源：Daniel Field
“CT掃描化石的能力，已經徹底改變了21世紀研究古生物學的方式。”Benito説，“沒有這些尖端的掃描，我們永遠不會知道我們擁有世界上最古老的現代鳥類頭骨。”
Field也同意，這項工作中，研究完整岩石內部的能力對這一發現至關重要。頭骨距離股骨不到1毫米，所以“如果我們鑿開，就會破壞頭骨”。
我是一隻來自北方的鳥
研究人員不斷在猜測：“哦，它是一隻鴨子!不，是一隻雞!”
這隻鳥的大部分身體都不見了，但僅有的一塊腿骨表明，它的腿很長。再加上出土地點的沉積物是在淺海中形成的，化石的比例表明它是一種小型濱鳥，大約有現代海鷗的大小。
圖3 這種海鷗大小的白堊紀濱鳥有鴨子、雞和火雞的特徵。圖片來源：PHILLIP KRZEMINSKI
Field等人將這種鳥命名為Asteriornis maastrichtensis，以紀念希臘的流星女神阿斯忒瑞亞，並以隕落的星星向小行星撞擊和滅絕致敬。
美國康涅狄格州格林威治布魯斯博物館的Daniel Ksepka是研究報告的合著者之一，他説：“我們認為用這個名字來形容一種生活在白堊紀末期、小行星撞擊地球之前的生物是很合適的。在希臘神話中，阿斯忒瑞亞把自己變成了一隻鵪鶉，我們相信這隻古老的鳥與鵪鶉、雞和鴨子的共同祖先很接近。”
“現存鳥類多樣性的起源一直是個謎——除了知道現代鳥類是在恐龍時代末期的某個時候出現，我們幾乎沒有它們的化石證據。”劍橋大學博士生AlbertChen 説，“這塊化石讓我們第一次直接看到了現代鳥類在進化史的最初階段是什麼樣子。”
而且，這塊化石是在比利時和荷蘭邊境附近的一個石灰石採石場發現的，這使它成為在北半球發現的第一隻恐龍時代的現代鳥類。
長久以來，一些科學家認為，現代鳥類是在南半球進化的，因為迄今為止發現的最古老的現代鳥類化石來自南極洲。
但新發現的化石可能比南極化石更古老，這就反駁了上述假設。
“新化石的發現提供了一些初步證據，證明歐洲是現代鳥類早期進化史上的一個關鍵地區。”Jagt説。
它為什麼活了下來
在該化石存在的化石牀形成於6680萬到6670萬年前，這表明其生活在恐龍大滅絕之前。
而且，至少它的一些後代在大災難中倖存了下來，“它為我們提供了一些線索，以便弄清在那場災難中倖存的關鍵特徵是什麼。”Balanoff説。
圖4 6670萬年前Asteriornis maastrichtensis在其生存環境中的藝術復原圖。圖片來源：Phillip Krzeminski
大滅絕倖存者被認為已經表現出一系列特徵，這些特徵在滅絕事件中被證明是選擇性有益的，包括相對較小的體型來限制總代謝需求、飛行能力和非樹棲、高級消化系統，以及食用昆蟲和種子等飲食靈活性。
然而，研究人員表示，由於相關化石缺乏，很少有直接的化石證據可以驗證這個問題。
因此，這個古老鳥類能為大滅絕倖存者的生物學研究提供最好的直接洞見。
分析顯示，它的體型相對較小，而且生活在近岸濱海區域，這可能證實了“濱鳥”樣起源假説的生態學預測（儘管不是系統遺傳學預測）。
圖5 A. maastrichtensis體型對比。圖片來源：Daniel Field
無論如何，該化石有助於填補最著名的冠狀幹鳥和豐富的新生代新鳥類化石記錄之間的系統發育和地層差異的空白。
加州大學伯克利分校整合生物學家KevinPadian在相關評論文章中表示，在某些情況下，古生物學證據要比分子證據更重要，因為化石遺蹟是對進化分歧時間的分子預測的重要測試。
如果一項分子研究估計了一個類羣的特定起源年齡，那麼來自相應時間段的化石具有識別這些類羣的診斷特徵。
如果來自那個時代的化石沒有提供預期的新進化特徵的證據，那麼分子預測就不被支持。
“新化石證據表明，冠羣鳥類最初是在白堊紀接近結束的時候進化的。這對鳥類基礎輻散時間的假設有很強的限制，但總有更多的化石有待發現。”Padian告訴《中國科學報》。
而且，Field對團隊願意在一塊不起眼的石頭上押注十分欣慰。“我們必須對收藏抱有更大的希望。”他説。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2096-0