恐龍是如何變成鳥的？

紐約客

1862年，考古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了首個(gè)始祖鳥的遺骸，復(fù)原后發(fā)現(xiàn)這個(gè)史前生物大小及形狀與喜鵲相似，它有著闊及圓的長翅膀及長尾巴，但它的顎骨上卻又長有鋒利的牙齒，腳上三趾都有彎爪，尾巴是骨質(zhì)的，這些特征又正好和恐龍相似。始祖鳥化石成為了鳥類是由恐龍進(jìn)化來的最有力證據(jù)。

那么，始祖鳥是從哪一類恐龍進(jìn)化而來的呢？答案就是獸腳亞目恐龍，獸腳亞目與鳥類之間的共同點(diǎn)包括：腳掌有三趾、胸部上有“叉骨”、骨頭充滿空氣等。

在獸腳亞目恐龍的家族成員中，有巨型的暴龍和小一點(diǎn)的伶盜龍。暴龍身長約13米，體重約6.8噸，體型龐大自不必說，即使是小伶盜龍?bào)w重也有約15千克，與現(xiàn)代鳥類比起來，也堪稱巨人了。那么，這么龐大的恐龍又是怎么進(jìn)化成現(xiàn)在小巧的鳥類的呢？

基因突變？

20世紀(jì)頭30年，主流的解釋是“希望怪獸理論”。

這一理論認(rèn)為，與一個(gè)物種內(nèi)部的緩慢進(jìn)化不同，一個(gè)物種的重大改變必定是因?yàn)榇笠?guī)模的基因變異。比如136千克的食肉恐龍變成麻雀大小的史前伊比利亞鳥，恐龍的鱗片突然進(jìn)化成羽毛，在這中間遺傳物質(zhì)一定發(fā)生了巨變。

然而，20世紀(jì)90年代，在中國發(fā)現(xiàn)了一種的新的恐龍化石——孔子鳥化石，盡管這種化石顯示恐龍當(dāng)時(shí)并沒有長出翅膀，但它們?nèi)砭谷灰呀?jīng)長出了羽毛。此前，羽毛被認(rèn)為是鳥類特有的。

隨后研究者也發(fā)現(xiàn)鳥類的呼吸系統(tǒng)其實(shí)早已經(jīng)在恐龍身上出現(xiàn)了，始祖鳥和現(xiàn)代9300多種鳥類的祖先——虛骨龍（獸腳亞目后來演變成的一類特殊的小型恐龍），二者的骨骼結(jié)構(gòu)并沒有什么太大不同。這些發(fā)現(xiàn)都跟希望怪獸理論背道而馳：恐龍進(jìn)化成了鳥類，并沒有發(fā)生突變性變異。那么，如果不是因?yàn)榛蛲蛔?，又?huì)是什么呢？

想變鳥，先瘦身

2014年，澳大利亞、英國和意大利等國研究人員根據(jù)120種恐龍的1500多個(gè)解剖特征，發(fā)現(xiàn)了獸腳類恐龍成功進(jìn)化的奧秘——“瘦身”運(yùn)動(dòng)。原來，當(dāng)其他恐龍還在不斷“長個(gè)”時(shí)，獸腳類恐龍是唯一一類體型不斷縮小的恐龍，它們的收縮速度是其他恐龍?jiān)鲩L速度的160倍，2.1億年前其平均體重為163千克，當(dāng)約1.6億年前進(jìn)化到始祖鳥時(shí)已經(jīng)降至0.8千克。

對(duì)于恐龍來說，變得極小的身型是非常重要的，很可能是進(jìn)化成鳥類的最關(guān)鍵的一步，因?yàn)樾◇w積可能是飛行的前提，盡管體積龐大可以滑翔，但是真正的展翅飛行需要靠扇動(dòng)翅膀產(chǎn)生推力，這就需要翅膀大小和體重之間維持一個(gè)特殊比例。所以，大個(gè)恐龍變成鳥前，是經(jīng)過了一個(gè)漫長的“瘦身”過程。研究人員估計(jì)，這一“瘦身運(yùn)動(dòng)”大約花了獸腳類恐龍家族的5000萬年的時(shí)間。

然而，獸腳類恐龍又是如何成功“瘦身”的呢？研究者發(fā)現(xiàn)在獸腳類恐龍中，發(fā)生了一個(gè)奇妙的進(jìn)化過程——幼態(tài)延續(xù)。

幼態(tài)延續(xù)是物種把幼年的甚至胎兒期的特征，保留到幼年以后甚至成年期的現(xiàn)象。比如人類就是典型的幼態(tài)延續(xù)動(dòng)物，人類新生兒體毛稀疏，頭大，大腦學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，這是幼態(tài)，到了成年后，這些特征依舊保留，大腦的學(xué)習(xí)能力在一生中都很旺盛。

研究發(fā)現(xiàn)，獸腳類恐龍也發(fā)生了幼態(tài)延續(xù)，它們出生后，體形不怎么長大。隨著時(shí)間推移，獸腳類恐龍的面部、骨骼在萎縮變小，腿骨也不斷地變得纖細(xì)，但是眼睛、腦部卻一直在發(fā)育，喙開始出現(xiàn)。鳥類化石和恐龍化石對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，變成化石的小恐龍的頭蓋骨與成年的鳥類很像，而最早的鳥類跟迅猛龍的胚胎形態(tài)幾乎一樣。獸腳類恐龍正是借助這一過程，保留了童年時(shí)期的小體型，從而瘦身成功，創(chuàng)造了一個(gè)進(jìn)化奇跡。

細(xì)節(jié)重塑：喙的出現(xiàn)

那么，其他細(xì)節(jié)，比如鳥的一個(gè)非常重要的器官——喙又是如何出現(xiàn)的呢？

鳥類可以用喙尋找食物、清潔身體、筑巢和照顧幼鳥。鳥類有著各不相同的棲息地，其中很多鳥類依靠十分特別的喙才能存活。因此，鳥類的生存能力不只是源于它們的飛行能力，其驚人的多功能性的喙也發(fā)揮著重要作用。

在現(xiàn)代鳥類，兩塊上頜骨融合成為喙。其結(jié)構(gòu)與恐龍、短吻鱷、遠(yuǎn)古鳥類和其他脊椎動(dòng)物截然不同。為了找出變化是如何出現(xiàn)的，美國耶魯大學(xué)人員研究了一系列與遠(yuǎn)古鳥類有關(guān)的現(xiàn)存物種：短吻鱷、雞、老鼠、蜥蜴、龜和鴯鹋。

他們發(fā)現(xiàn)與沒有喙的生物相比，禽類擁有一個(gè)獨(dú)特的與面部形成有關(guān)的基因簇。隨后，研究者用化學(xué)藥品抑制了蛋殼內(nèi)小雞胚胎的一些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)小雞胚胎骨骼開始發(fā)育時(shí)，它們長出了短短的圓形骨頭，而不是鳥類那種狹長型骨頭，最終，這個(gè)胚胎的喙部組織和位于嘴巴上方的腭骨都恢復(fù)到與恐龍相同的狀態(tài)，一只小雞長出了恐龍的臉。不過，出于實(shí)驗(yàn)道德的考慮，研究者對(duì)小雞胚胎進(jìn)行安樂死，未使它發(fā)育成為完整的小雞。

這一發(fā)現(xiàn)，再一次說明恐龍的口鼻到喙的轉(zhuǎn)變，并不需要特殊的進(jìn)化飛躍或者大規(guī)模的基因改變，只需要負(fù)責(zé)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)活躍程度出現(xiàn)差異性即可。這樣看來，物種內(nèi)部的極小變化也能夠同樣驅(qū)動(dòng)宏觀進(jìn)化，使得物種進(jìn)化出全新特征和新種群。

研究者猜測可能正是借助這種物種內(nèi)部基因控制方式的微小變化，恐龍?jiān)凇笆萆怼边^程中，也在緩慢進(jìn)化出鳥類特征，比如首先進(jìn)化出雙足行走的方式，然后是羽毛、叉骨，再是更復(fù)雜的羽莖，再然后是翅膀，最終的結(jié)果是從恐龍到鳥類之間無縫的完美轉(zhuǎn)變。

下一步，研究者將繼續(xù)深入研究恐龍和鳥類之間，其他細(xì)節(jié)是如何進(jìn)化的，到時(shí)將為我們徹底揭開大個(gè)恐龍變鳥記的神秘面紗。