“鸟类的起源”研究入选《科学》2014年度十大科学突破

　　12月19日出版的《科学》杂志公布了2014年度十大科学突破，“鸟类的起源”研究名列其中。这一年度突破性科学成就名单是由《科学》杂志及其出版方，国际性的非营利机构美国科学促进会（AAAS）选出的，它还包括了在太空探测、医学、机器人技术、合成生物学方面所取得的突破性进展。

　　 从上世纪70年代开始，在美国耶鲁大学教授John Ostrom等人的努力下，人们在世界各地发现了大量化石证据，支持鸟类起源于手盗龙类恐龙的假说，并使得这一假说成为了有关鸟类起源的主流假说。然而，以庞大而笨重霸王龙为代表的手盗龙类的近亲种如何演变为灵巧如蜂鸟和美丽优雅如天鹅的现代鸟类过程的理解还存在着许多薄弱环节，有待更多的研究和发现才能揭示出来。

　　2014年，进化生物学家对鸟类的起源取得了突破性的进展，为近二十年来世界各地恐龙和早期鸟类化石的发现和研究，尤其是发现于中国的大量保存精美的带毛恐龙和早期鸟类化石的发现和研究取得的一个里程碑式的进展。

　　中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星和周忠和研究员等2014年12月在《科学》发表有关鸟类起源研究的综述文章，对这一热点研究领域近年来取得的重要进展进行了全面总结，指出恐龙向鸟类的转化已成为论证最详实的主要演化事件之一。在过去的20年中，古生物学家们在中国新疆准噶尔盆地、内蒙古东南部和辽宁西部以及德国和俄国西伯利亚侏罗系地层中，在中国东北地区、蒙古戈壁地区、北美、南美以及非洲的白垩系地层中发现了大量化石，为鸟类恐龙起源说提供了一系列新证据，鸟类起源从时间框架上、从主要结构的转化上以及从功能演化上，已经有大量系统性证据的支持，恐龙向鸟类的转化已经成为了支持度最高的主要演化事件之一。

　　“半月形腕骨”是支持鸟类恐龙起源假说的重要证据，但来自鸟类胚胎发育的信息和化石证据存在冲突，导致对兽脚类恐龙和鸟类“半月形腕骨”的同源性存在不同的解释。徐星等2014年9月在《自然》子刊《科学报告》上发表的文章，提出了有关‘半月形腕骨’新的同源假说，认为“半月形腕骨”位置的转化与鸟类翅膀演化密切相关，是兽脚类恐龙手部折叠功能演化的结果。

　　近二十年来，古脊椎所的专家学者为鸟类恐龙起源说提供了一系列新证据，推动了“鸟类起源”研究的突破。徐星等指出，鸟类的主要特征，包括羽毛、飞行、快速生长模式以及独特的生殖方式和生理特征，实际上经历了一个漫长的演化过程。许多特征在兽脚类恐龙的演化早期，甚至在主龙类的演化早期，已经开始出现，其中一些特征远在鸟类出现之前，已经演化到接近现代鸟类的水平，另外一些则在鸟类冠类群出现时才完成。不过，在某些演化阶段，鸟类特征的演化速度明显加速，一些重要特征的演化相关性明显；同时，鸟类特征还体现出明显的镶嵌演化现象，呈现出一个非常复杂的模式。

　　2000年12月7日，《自然》杂志上刊登了徐星最新发现的世界上最小的兽脚类恐龙——小盗龙，研究者发现小盗龙不仅能够与其他的小型兽脚类恐龙一样善于奔跑，而且它还具有爬树的本领。这一发现第一次为鸟类飞行能力起源的树栖学说提供了重要佐证，并为兽脚类恐龙向鸟类进化研究提供了重要信息。

　　2003年1月23日出版的《自然》杂志封面文章发表徐星等发现的四翼恐龙-顾氏小盗龙，徐星在文章中认为，羽化的腿可以作为后翼，他怀疑这个物种是真正的拍打式飞行出现之前的过渡类型。该项发现有力地支持了鸟类飞行起源的“树栖说”，被认为是世界鸟类进化研究中的一重要进展。

　　在2009年10月1日出版的《自然》杂志上，徐星研究团队报道了一件产于辽宁西部晚侏罗世早期髫髻山组的保存有羽毛的赫氏近鸟龙标本，其生活时代较德国始祖鸟要早，代表了目前世界上最早的长有羽毛的物种，该项研究提出了兽脚类恐龙分异的时间框架新假说，反驳了有关鸟类起源的“时间倒置”论，并进一步支持了四翼恐龙的假说，这一研究代表着鸟类起源研究的一个重大突破。

　　2009年6月18日出版的《自然》杂志报道了徐星领导的国际研究小组在我国新疆准噶尔盆地的侏罗纪地层中发现了一种奇特的小型恐龙——泥潭龙。泥潭龙有着不同寻常的手部结构，像很多其他早期兽脚类恐龙一样，泥潭龙保存了4个手指，但是其第一指却严重退化了，第二指非常发育。徐星等综合新的古生物学资料和现代发育学资料，提出了一种外侧转移假说来解释恐龙手指的演化，这一假说将有望消除古生物学资料和现代发育学资料在鸟类手指同源问题上的矛盾观点。

　　2010年1月，《自然》杂志报道了古脊椎所张福成研究员等在中国热河生物群的鸟类和带毛的恐龙中发现的两种黑色素体。这一工作代表了古鸟类和恐龙研究取得的一项最新进展，不仅为科学复原古生物的颜色提供了依据，也为羽毛起源、鸟类起源及鸟类与恐龙的系统关系的研究提供了新的证据。

　　2012年4月，《自然》杂志报道了徐星等发现于中国辽西地区迄今世界上体型最大的带羽毛恐龙——华丽羽王龙。华丽羽王龙的发现说明在暴龙类当中，羽毛的出现可能是非常普遍的。根据现有的化石标本，徐星等推测，从最初原始皮肤衍生物演化出典型的鸟类飞羽大约需要经历5个阶段：在第一个阶段里仅有丝状的蛋白质纤丝，在鹦鹉嘴龙和某些翼龙身上发现的机构可能属于这一类；这些原始的丝状羽毛末端发生分支，进入羽毛演化的第二个阶段。在意外北票龙、奇异帝龙和中国鸟龙标本上保存的羽毛印痕属于这一类。第三个阶段最为关键，表现在羽囊、羽轴和羽片这些关键结构的出现，这一阶段可以以原始祖鸟和尾羽龙身上的羽毛为代表。在演化的下一个阶段，羽小枝产生；尽管这时的羽毛形态与现代鸟类的体羽还有一些差异，但它们已经具备一定的空气动力学特性，小盗龙身上的羽毛就属于这一类，推测这些恐龙已经能够利用羽毛在树林间穿梭。经过上面四个演化过程，羽毛最终变成我们今天看到的鸟类体羽的样子。因此从化石材料上看，华丽羽王龙身上的羽毛有可能还处于这个演化模型的第二个阶段。

　　2013年6月17日出版的《当代生物学》杂志上，刊登了徐星等题为“追寻鸟类手指演化”的论文，研究人员比较了几种确定同源结构的常用标准，重点介绍了鸟类手指演化过程中的复杂性，强调了同源异型机制在鸟类手指演化过程中的作用。这项研究是徐星课题组用整合的方法，结合古生物学和发育生物学资料来解释重要结构演化的一个新成果。

　　2013年3月18日，《自然》杂志在线发表了周忠和研究团队题为“早白垩世鸟类卵泡的精美保存对研究恐龙繁殖行为的意义”的研究成果，该研究表明，尽管与鸟类关系最近的恐龙与鳄鱼一样，还使用两个卵巢和两条输卵管，但早期鸟类显然已经只保留一个有效的卵巢和一条输卵管（身体左测）。他们据此推测，身体右测卵巢和输卵管的功能退失可能发生在恐龙向鸟类过渡的阶段，很可能与适应飞行需要的体重减少有关。此外，与爬行类和恐龙相似，早期鸟类的性成熟早于身体（骨骼）的成熟，不同于现生鸟类。

　　2013年，徐星和周忠和等通过分析山东天宇自然博物馆的化石，发现11件早期原始鸟类标本后肢上长有羽毛的明显迹象，经过深入对比研究，认为早期鸟类曾有四个翅膀，并且后肢羽翼也具备协助飞翔的气动功能。3月15日《科学》杂志在线刊登了该项研究成果。

　　2014年，为了探讨似鸟类的特征出现的真实情况，包括中国学者在内的数个研究团队汇总和分析了大量恐龙和早期鸟类化石及现生鸟类的特征数据。其中一项研究选取了150属种850个形态特征，同时测量了426个物种腿骨的厚度，进行比较分析。他们发现，最终演化为鸟类的恐龙随时间推移持续不断地变小，腿骨也不断地变得纤细。

　　一旦鸟类的体型得以演变成形，新鸟类的种类就会快速地出现，可能受益自小巧的体型更利于寻找食物和避难居所，而它们的祖先体态庞大的恐龙则要困难许多。如果没有祖先恐龙提供的良好的演化开端，现今就不会有鸟类翱翔蓝天了！

　　除了年度十大科学突破外，《科学》杂志的工作人员还叙述了应关注的领域——如北极海冰和复合免疫疗法等，以及今年对西非埃博拉疫情爆发做出的反应和读者之选的调查结果，在这些结果中公众对其自己所选的科学突破进行了表决。