生命科學

鳥,不為飛行而生的恐龍

過去20年在中國遼寧省等地發現的有羽毛恐龍化石,逐漸拼湊出鳥類的演化故事。可以說,鳥類是歷經千萬年漫長的馬拉松賽後,最終取得勝利、繁盛至今的恐龍。

撰文/布魯賽特(Stephen Brusatte)
翻譯/王心瑩

生命科學

鳥,不為飛行而生的恐龍

過去20年在中國遼寧省等地發現的有羽毛恐龍化石,逐漸拼湊出鳥類的演化故事。可以說,鳥類是歷經千萬年漫長的馬拉松賽後,最終取得勝利、繁盛至今的恐龍。

撰文/布魯賽特(Stephen Brusatte)
翻譯/王心瑩


2014年11月一個寒冷清晨,大約六點距離天亮尚早,我穿越北京車站的人群,奮力登上一班擁擠火車。我要前往遼寧省錦州市,那是中國東北邊境的城市,規模約如美國芝加哥。火車行經許多水泥工廠和霧濛濛的玉米田,我想趁機補眠,但實在太興奮而睡不著。有一據說極為驚人的東西正在目的地等著我,是一名農夫在收割作物時意外發現的神秘化石。


四小時後,我踏上錦州車站的月台,跟在呂君昌後面走,他是北京中國地質科學院的著名恐龍獵人,曾請我協助研究化石。當地幾位顯要人物前來歡迎,很快把我們接往城郊的錦州市博物館,那是一棟看起來搖搖欲墜的建築。我們彷彿即將迎接一場政治高峰會,一行人帶著嚴肅的氣氛沿長廊前行,最後轉進一間廂房,裡頭有塊石板放在一張小桌上。就在這時,我發現自己面對面盯著一件此生僅見最美的化石,那是約莫猴子大小的一副骨骼,周圍的灰色石灰岩與巧克力棕色骨頭形成鮮明對比。


這顯然是一隻恐龍,牙齒像牛排刀,有尖爪和長尾,無疑是電影「侏羅紀公園」裡那些凶惡的伶盜龍屬(Velociraptor)的近親,但這副標本在很多方面都與那些普通恐龍有顯著的差異。牠的骨頭輕盈且中空,雙腳如鶴腳般細長,而且全身覆蓋各式羽毛,包括牠的手臂就像插上許多大型鵝毛筆,一根挨著一根堆疊成翅膀。這隻恐龍顯然與鳥類非常相似。


大約一年後,我和呂君昌把這副骨骼描述為新種,命名為振元龍屬(Zhenyuanlong)。過去20年來在遼寧挖掘出許多有羽毛的恐龍,這是最新一種;這系列驚人化石宛如翻頁動畫,描繪出昔日怪物般的恐龍如何變身為今日的鳥類。


這些化石的意義非常重大。自達爾文(Charles Darwin)伊始,科學家一直想知道演化如何創造出截然不同的全新動物類群。這發生得很快嗎?是源自偶然的怪異突變,從此把一種陸生動物變成天空的主宰?或是這些新類群其實發展緩慢,歷經數百萬年,生物才得以適應變動的環境?振元龍以及從遼寧和其他地方發現的化石,逐漸解開這亙久謎題。


過渡階段的化石


鳥類擁有許多不同於其他現生動物的特徵。除了具有一些有助飛行的性狀,牠們的新陳代謝也很快,因此生長速度極快,而增大的腦部也賦予鳥類高度智能和敏銳感官。事實上,正因鳥類如此獨特,研究人員長期以來都對牠們的起源困惑不已。


1860年代,英國生物學家赫胥黎(Thomas Henry Huxley)著手釐清鳥類起源之謎。他是達爾文最要好的朋友之一,也是其最熱切的支持者;達爾文於1859年出版《物種起源》幾年後,德國巴伐利亞的採石工人劈開一塊石灰岩板,發現裡面有1億5000萬年前的骨骼,宛如科學怪人製造的怪物。牠有類似爬行類的利爪和長尾,羽毛和翅膀卻像鳥類,赫胥黎把牠命名為「始祖鳥」(Archaeopteryx),並發現牠與細顎龍屬(Compsognathus)之類的小型食肉恐龍有著不可思議的相似度;細顎龍也約在同時期登場亮相。於是他提出一項激進的想法:鳥類是恐龍的後代。其他人不同意,往後這項爭議在正反兩端來來回回擺盪了100年。


如同往例,這個問題的答案最終隨著新化石的發現而塵埃落定。1960年代中期,美國耶魯大學的古生物學家歐斯壯(John Ostrom)在北美洲西部挖掘出驚人的似鳥恐龍「恐爪龍屬」(Deinonychus),牠的長手臂幾乎像翅膀,輕盈的骨骼也顯示牠是活力旺盛的動物。歐斯壯猜測恐爪龍甚至有羽毛,畢竟鳥類如果由恐龍演化而來(當時有很多古生物學家漸漸接受這觀點),羽毛必定是在演化系譜樹的某個枝節發展出來。但歐斯壯無法確定,因為很可惜他手上只有這動物的骨頭,像羽毛這類柔軟結構歷經死亡、分解和掩埋的摧殘,極少留存下來成為化石。


歐斯壯等待著,繼續尋找真正能把鳥類和恐龍串連起來、打破一切懷疑的聖杯,即保有精細構造的恐龍骨骼,足以證明有羽毛。1996年,歐斯壯的研究生涯即將告終,他到美國紐約市參加脊椎動物古生物學學會的年會,遇到目前任職於加拿大亞伯達大學的柯里(Philip Currie)前來找他攀談。柯里也一直研究似鳥恐龍,那時剛去中國一趟回來,他聽到風聲說那裡有一種非常特別的化石。他拿出照片給歐斯壯看,照片中可見一隻小恐龍周圍有一圈羽絨,由於受到火山灰快速掩埋而完美保存,就像義大利龐貝城那樣。歐斯壯哭了出來,終於有人找到他的有羽毛恐龍了。


柯里給歐斯壯看的化石後來命名為中華龍鳥屬(Sinosauropteryx),就此打開發現的閘門。科學家一窩蜂衝去它的發現地遼寧,簡直像淘金客,不過只有當地農民才知道要去哪裡找。發現中華龍鳥20年後的今天,化石獵人已從遼寧找到20多種有羽毛恐龍,種類多樣,包括渾身髮狀細毛、體長達九公尺的霸王龍(Tyrannosaurus rex)原始親戚,還有長出像豪豬的簡單羽根、大小像狗的食草動物,甚至有翅膀完整、大小像烏鴉的滑翔動物。它們都是全世界最著名的化石。


遼寧的有羽毛恐龍化石證實了一件事:鳥類的確是從恐龍演化而來。但這種陳述恐怕有誤導之嫌,因為這讓人覺得兩者屬於完全不同的類群。事實上,鳥類根本就是恐龍,是恐龍很多次類群的其中一個,可以沿著牠們承繼的特徵回溯至所有恐龍的共同祖先,因此鳥類就像三角龍屬(Triceratops)或雷龍屬(Brontosaurus)一樣是貨真價實的恐龍。你可以這樣想:鳥類與恐龍的關聯,正如同蝙蝠是會飛的特異哺乳類。


遼寧化石也協助解開鳥類的演化分類之謎,顯示牠們棲居於恐龍系譜樹的哪個位置。鳥類屬於獸足類(theropod),同類群還包括凶猛的食肉巨獸,例如霸王龍、異特龍屬(Allosaurus)和棘龍屬(Spinosaurus)。不過與鳥類親緣關係最近的是獸足類中比較嬌小、靈巧、聰明的次類群,包括伶盜龍、歐斯壯發現的恐爪龍,以及非常像鳥的振元龍,即我和呂君昌所描述的錦州恐龍。在這群有羽毛的物種之間,存在著鳥類與非鳥類的界線。


如今從遼寧和其他地方已找到許多有羽毛的恐龍化石,綜合這些記錄,我們可詳盡觀察一項重要的演化變遷。我和其他科學家正用尖端技術研究這些化石,包括透過電腦斷層掃描把解剖構造呈現眼前、進行運算分析以建立系譜樹、針對這些動物的移動方式建立電腦模型,以及用先進統計方法去追蹤演化如何產生新的物種和改變身體結構。近來從這些研究獲得的深入了解,讓我們能夠完整拼湊恐龍變成鳥類的故事;這也成為最基礎的證據,得以解答「關鍵的新類群究竟如何產生」這個陳年難題。


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