化石印记，羽毛的秘密！

在过去的几十亿年时间里，

地球上的生物从出现到繁荣，

始终在不断演化着！

今天，当我们

看到鸟类长有羽毛，

可以在天空自由飞翔时，

并不会觉得惊异。

那么，羽毛究竟是

如何形成并演化的？

侏罗猎龙（图源@Ghedoghedo）
小盗龙（图源@文献[1]）
中华龙鸟（图源@Llez）许多奇特化石的出现

给了我们一些重要线索！

（图源@Sergey Krasovskiy）
01
科学家们花了很长时间才把恐龙和羽毛以及鸟类联系起来。
（图源@Mika McKinnon）
而第一块向我们展示恐龙、羽毛和鸟类关系的化石——1861年在德国索尔霍恩芬石灰岩发现的始祖鸟（Archaeopteryx ）——它的历史可追溯到侏罗纪时期。
始祖鸟化石（图源@H. Raab）
“Archaeopteryx ”的意思是“第一只翅膀”。19世纪的专家们很快确定它是一种古代鸟类。毕竟在那个时候，鸟类是我们所知道的唯一有羽毛的动物，而这只鸟肯定有羽毛。
始祖鸟复原（右）（图源@Durbed）
除此之外，始祖鸟也有一些其他特征——对于鸟类来说奇怪的特征。例如长而多骨的尾巴、手指爪，还有小牙齿——通常在爬行动物身上看到的东西。
始祖鸟骨架重建（图源@Jim/ Springfield PA, United States of America ）
这些线索表明，鸟类很可能是由生命之树的爬行动物分支进化而来。
（图源@Evolution-Color-Science-Information-Poster）
经过几十年的研究和辩论，古生物学家开始发现小小的始祖鸟外貌与恐龙相近。直到1996年——始祖鸟首次被发现后135年——一次幸运的发现证实了他们怀疑的东西。
中华龙鸟化石（图源@Sam / Olai Ose / Skjaervoy）
在中国发现了一具保存完好、关节清晰的，与鸡大小相似的恐龙骨架。化石显示这只小恐龙的脖子、后背和尾巴上有一排绒毛。
中华龙鸟化石（图源@文献[2]）
古生物学家将这一革命性的发现命名为中华龙鸟（Sinosauropteryx）。它证实了羽毛的历史可追溯到更久远的年代。
中华龙鸟复原（图源@Robert Nicholls）
事实证明，中华龙鸟只是众多发现中的第一个。越来越多长有羽毛的化石记录出现为专家们提供了羽毛进化过程的细节。
中华龙鸟（图源@Evolution-Color-Science-Information-Poster）
恐龙绒毛（Dino Fluff）——专家们技术上称之为原始羽毛——也许可以追溯到三叠纪时期。

根据不同时间段的羽毛化石，
古生物学家们能够拼凑出羽毛是如何从基本的丝状结构发展到能够飞行的结构的。
带有羽毛痕迹的尾巴碎片（图源@Kumiko）
例如羽暴龙（Yutyrannus），一种来自中国的暴龙，化石显示它的皮肤毛囊长出了一缕缕毛发。
羽暴龙复原（图源@Robert Nicholls）
而从这些简单的绒毛开始，原始羽毛随着时间推移变得更加复杂。像小型的帝龙（Dilong）和小型食肉恐龙侏罗猎龙（Juravenator），其原始羽毛的中央茎在顶部附近分叉。
帝龙复原（图源@Robert Nicholls）
一旦原始羽毛开始分叉，它们就能呈现出各种新的形状。羽毛的中心部分变成被称为羽轴的硬化结构，上面有许多小倒刺和小枝，形成了羽毛片。
侏罗猎龙复原（图源@Tom Parker）
与鸟类关系密切的恐龙，如小盗龙（Microraptor）和始祖鸟（Archaeopteryx），都有这样的羽毛。
小盗龙（图源@Durbed）

02
为了更好地了解羽毛的演化历史，让我们来看看这些有羽毛生物的家谱。
双冠龙（图源@Eduard Solà）
就从兽脚亚目恐龙开始：它们包括食肉双冠龙（Dilophosaurus）和鹦鹉状的杂食窃蛋龙等（Oviraptor）。
窃蛋龙（图源@The dinosaur book）
还有一群兽脚亚目恐龙——被称为虚骨龙（ coelurosaurs ），这群恐龙的每一个分支都有某种证据表明身体覆盖着羽毛，无论是绒毛还是全身羽毛。
虚骨龙（图源@Esv Sam / Olai Ose / Skjaervoy Kabacchi）
这个群体包括鸟类，还有其他各种各样的兽脚亚目恐龙，比如有巨大手爪的镰刀龙（ Therizinosaurs ）。
镰刀龙复原（图源@PaleoNeolitic）
但这还不是全部。在恐龙族谱的另一边，有另一个更广泛的群体，叫做鸟臀目恐龙（ ornithischians）。它们也有类似羽毛的身体覆盖物。
鸟臀目恐龙（图源@Daderot）
以鹦鹉嘴龙（Psittacosaurus）为例，它是一种小角恐龙，曾经在中国到处奔跑。人们发现它的尾巴上长着保存完好的刺状细丝。
鹦鹉嘴龙复原（图源@Robert Nicholls）
同样，一种来自俄罗斯的侏罗纪恐龙化石，叫做库林达奔龙（Kulindadromeus），也显示它几乎覆盖着类似羽毛的结构。
库林达奔龙复原（图源@Durbed）
事实上，羽毛和类似羽毛的结构出现在这些非常不同的恐龙群中可能意味着：原羽毛在历史上不止一次进化；这些羽毛在未来的一些种群中（如鸟类）被保留下来，但在另一些种群中消失了。
羽毛化石（图源@arstechnica.com）

一些特定恐龙群中羽毛存在的很好的数据。但有些恐龙我们没有直接证据证明它们有羽毛。我们便可以通过系统发育括号（ phylogenetic bracketing）——利用相关物种的特征来做出有根据的猜测。

系统发育括号推测生物形态（图源@Smokeybjb）
即虽然没有直接证据表明霸王龙（T. rex）身上有羽毛，但这只暴龙很有可能至少有一点毛绒绒的，因为在其他暴龙身上也发现过原始羽毛。

霸王龙复原（图源@Aylin Woodward）
那么，这些生物最初为什么会长出羽毛？（图源@Fred Wierum）

03首先，羽毛是

很好的绝缘材料，

部分羽毛鲜艳的颜色

在信息表达时也非常方便。

中华龙鸟的尾巴上有

锈红色和白色的条纹，

这可能帮助它

向其他物种发出信号。

中华龙鸟（图源@Benjamin Buckland ）
同样，一种名为耀龙（ Epidexipteryx）的小型奇怪恐龙的化石显示，它有长长的带状尾羽，十分艳丽。
耀龙复原（图源@Nobu Tamura）
随着时间发展，原始羽毛开始变得更加复杂，看起来更像鸟类翅膀的结构。但它们对地面上的生活仍有很多用处。
羽毛化石（图源@ University Of South Florida）
例如，在蒙古发现了一具令人惊奇的葬火龙骨架，根据对其亲属的了解，这只恐龙可能用覆盖着羽毛的前肢来保护它的巢穴。
葬火龙（图源@Steve Starer）

对现存鸟类的研究表明，鸟类在奔跑时扇动翅膀可以更好地抓住倾斜的地面。体型较小、前肢长羽毛的兽脚亚目恐龙可能拥有这种技术，用来躲避大型非攀爬捕食者。
羽毛化石（图源@.discovermagazine.com）

最后，羽毛可以使一些生物成为更好的猎手。像恐爪龙（ Deinonychus）这样有长长的前肢羽毛的陆生恐龙可能像现代的迅猛龙——将小猎物固定住，并扇动翅膀来帮助它们稳定抓地力。
恐爪龙复原（图源@.discovermagazine.com）
时至今日，羽毛的演化成为研究恐龙进化和鸟类形成的重要部分。对于我们来说，每一个新发现都将继续增强我们对地球生物演化的认识和了解。
（图源@Natural History Museum）

来源：桔灯勘探