6600万年前的海边“走地鸡” 揭开现代鸟类进化谜题

原创 廖俊棋 我是科学家iScientist

作者：廖俊棋

编辑：Kamin

审稿：Yuki

鸟类无疑是当今地球上最为多样化的动物类群之一。它们中有些成员“衣衫华丽”、有些会盖房子、有些堪称“野地舞王”。它们的活动范围更是“海陆空”通吃，连寸草不生的极地都有它们的身影。虽说鸟类家族枝繁叶茂，但是由于化石证据稀缺，现代鸟类的起源仍是一团迷雾。

近日，剑桥大学领衔的古生物学团队在比利时的白垩纪晚期地层之中找到了一例保存精美的鸟类头骨化石，并将研究成果发表在了《自然》杂志上[1]。该化石让我们有机会一瞥现代鸟类祖先的样貌，也对现代鸟类的起源地及生活环境提出新的假说。

本次发现的白垩纪今鸟类生态复原图 | Phillip Krzeminski / Nature

来自比利时的星夜女神

生活于现代世界的鸟类被称为“今鸟类” (Neornithes)。它们还可以再分为古颚类(Palaeognathae，包含鸵鸟及其近亲)、鸡雁类(Galloanserae，包括鸡鸭等禽鸟)，以及其他所有现生鸟类所构成的新鸟类(Neoaves)。它们虽然形态各异，但都是中生代(2.5亿~6600万年前，恐龙统治地球的时代)兽脚类恐龙的后代。在白垩纪末期的生物大灭绝事件中，除了恐龙被一扫而空，连许多长有牙齿、尾巴及手指的原始鸟类也都灭绝殆尽，仅有今鸟类一家幸存下来。

长久以来，由于化石证据稀缺、破碎，科学家对于今鸟类祖先在中生代的生活状况所知甚少，并且许多化石的分类都还很模糊。唯一可以明确鉴定为今鸟类的化石材料只有来自南极的维加鸟(Vegavis)一种，甚至还没有头部化石保存[2]。

维加鸟复原图 | 参考文献[3]

时隔多年，科学家终于再次找到了原始的今鸟类化石。这一回的化石发现地点可不是遥远的南极大陆，而是欧洲的富裕之乡比利时。新化石头骨部位的完整程度令人惊艳，简直就像刚刚咂完的卤鸭头，此外还有一部分破碎的后肢遗存。该例标本所代表的远古鸟类被研究团队命名为马斯特里赫阿斯忒里亚鸟(Asteriornis maastrichtensis)，虽然中文译名有些拗口，但这背后是有着浪漫的神话意涵的。

阿斯忒里亚鸟保存几乎完整的头骨 | 参考文献[1]

先说说种名，“马斯特里赫”是指该化石的形成年代属于马斯特里赫期(Maastrichtian)，这是白垩纪的最后一个时期，处于距今7210~6600万年之间。而更精确的测年分析显示，标本出土的地层距今有6680~6670万年的历史[4]，正值大灭绝前夕。

作为属名的“阿斯忒里亚”则是来自希腊神话中的女性泰坦神族，她代表着夜间璀璨发光的星群，是星夜女神。之所以选择这个意象，是因为化石发现的地层与白垩纪末的大灭绝非常接近，而灭绝正是星体殒落所造成。

其实，关于阿斯忒里亚还有另一个传说，就是她受不了宙斯的长期骚扰(也有版本说是波塞冬，反正这兄弟俩都好色)，于是把自己化作鹌鹑跳入爱琴海中。鹌鹑、海，这两个元素和本次研究的化石又有什么关系呢？这就要从它的生物学分类以及生活环境讲起了。

阿斯忒里亚被化身为老鹰的宙斯骚扰 | Marco Liberi / Wikimedia Commons

给句痛快话，你到底是鸡还是鸭？

今鸟类家族内部还有许多小分支，包括原始的古颚类、鸡雁类以及比较特化的新鸟类。而此次发现的标本，根据其头骨的形态特征可知，它与鸡雁类的亲缘关系接近。鸡雁类，顾名思义就是鸡类和雁类的组合，其中雁形类则包含鸭、鹅等水禽，而鸡形类包含鸡、鹌鹑、雉等等陆禽，这正好与阿斯忒里亚神话中“变身成鹌鹑”的故事情节有所契合。

具体来说，阿斯忒里亚鸟和鸡形类一样具有前端略为向下的喙，且鼻骨和额骨的连接处都没有水禽类可见到的弹性薄骨片。但是，它也有一些地方和原始的水禽类较为相似，如方骨(连接上颚和下颚的骨头)的立体形态就和新生代始新世的 “普瑞斯比鸟” (Presbyornis)很相似，而后者正是雁形类。除此之外，阿斯忒里亚鸟也有一些自己独有的特征，例如它的鼻骨向后延伸覆盖住额骨，以及喙的前端较圆而且没有钩状结构。

普瑞斯比鸟复原图 | Smokeybjb / Wikimedia Commons

基于上述各种形态证据，研究团队将阿斯忒里亚鸟归类于泛鸡雁类(Pangalloanserae)之中。也就是说，它可能是鸡、鸭分家之前共同祖先的另一个后代。但是，由于化石材料缺乏，这个分类结果并不是非常的明确。作者团队还在文章测试了另一种分析办法，显示阿斯忒里亚鸟也可能是鸡形类祖先类群的一个旁支。

前面提到，以往中生代的今鸟类化石标本仅有南极的维加鸟。在当时，科学家认为这种鸟是雁型类祖先的亲戚，但在此次分析中，则发现维加鸟也可能是今颚类(鸡雁类和新鸟类的组合)最原始的分支，或者可能是比鸵鸟等古颚类还要原始的鸟类。

海滨是末日避灾好去处？也许饭量小更重要

由于许多今鸟类的化石都仅仅在南半球出现，过去的主流观点认为今鸟类起源于南半球[5]。再加上维加鸟化石也发现于南极，更是让这个假说深入人心。但本次发现的阿斯忒里亚鸟却是出土于北半球的欧洲大陆，这不只代表了早期的今鸟类就有全球范围的广泛分布，也让科学家们不得不重新审视南半球起源论是否正确。

而另外一项与现代鸟类起源相关的假说则认为，今鸟类曾经饱受原始类群的“压迫”，生存发展空间有限，所以多样化程度在早期的时候比较低。但由于这一假说缺乏化石证据，此前一直存在争议[6]。

这次的阿斯忒里亚鸟在今鸟类中也属于比较原始的类群，因此研究团队认为：这恰好证明了今鸟类一直到白垩纪末期都还维持原始的状态，尚未发展出如今这些丰富多彩的类群。此外，在附近地层中也曾发现过大型的原始鸟类[7]，比如长有牙齿的鱼鸟(Ichthyornis)，这也更进一步证明了原始的鸟类和今鸟类曾经生活在一起。在竞争条件下，这些历史悠久的原始鸟类作为“地头蛇”，早已占据了大部分生存空间，导致早期的今鸟类难以扩大发展。

鱼鸟复原图，可见到口中还有牙齿，是原始的特征 | El fosilmaníaco / Wikimedia Commons

此外，科学家们的脑海中一直还有一个巨大的问号，那就是白垩纪末期为何恐龙和别的鸟类都灭绝了，只有今鸟类存活下来？过去，有许多假说提出了不同看法，包括早期的今鸟类体型小(末日容易吃饱)、有更好的代谢或消化系统、没有牙齿(在缺乏食物时适合撬开种子)、或是并非树栖(大灭绝时森林系统崩溃，树栖动物会无法生存)等等[8-9]。

而阿斯忒里亚鸟的出现也让科学家多了一种思考方向。根据地层可以得知，它们的生存环境位于海滨地带，而它的体重估计仅有400克，是一类小型的鸟类[1]。

让我们想象一下，在小行星撞击地球时，地震、海啸、酸雨、全球火海……各种骇人听闻的自然灾害一齐爆发。此时的地球也许已经没有较好的藏身处了，但栖息在海边兴许能增加点生存机率。毕竟对生活在海边的生物而言，陆地情况不妙时可以往水里躲、而水里出现危机可以再躲回岸上，而海滩边也会充斥着被水流冲来的水藻、种子以及很多的尸体作为食物来源。

不过，这就是今鸟类在末日生存的秘技了吗?也许并非如此。毕竟附近的地层中还发现过大型的原始鸟类化石，它们也住在海边，却没能幸存。相比之下，本次发现的今鸟类化石体型小巧得多，或许正是因为它们身体小、食量小，所以才能够用“节衣缩食”的方式挨过世界末日。

这样看来，不管是今天还是远古时期，“少吃点”都不失为动物活下去的一个秘密……

少吃点哦 | 《千与千寻》

作者名片

排版：凝音

题图来源：Nature

参考文献：

[1] Daniel J. Field1, Juan Benito, Albert Chen, John W. M. Jagt & Daniel T. Ksepka (2020). Late Cretaceous neornithine from Europe illuminates the origins of crown birds. Nature

[2] Clarke, J.A., Tambussi, C.P., Noriega, J.I., Erickson, G.M. and Ketcham, R.A (2005). Definitive fossil evidence for the extant avian radiation in the Cretaceous. Nature 433: 305–8. doi:10.1038/nature03150

[3] Agnolín, F.L.; Egli, F.B.; Chatterjee, S.; Marsà, J.A.G (2017). "Vegaviidae, a new clade of southern diving birds that survived the K/T boundary". The Science of Nature. 104 (87): 87. doi:10.1007/s00114-017-1508-y

[4] Keutgen, N (2018). A bioclast-based astronomical timescale for the Maastrichtian in the type area (southeast Netherlands, northeast Belgium) and stratigraphic implications: the legacy of PJ Felder. Neth. J. Geosci. 97, 229–260.

[5] Claramunt, S. & Cracraft, J (2015). A new time tree reveals Earth history”s imprint on the evolution of modern birds. Sci. Adv. 1, e1501005.

[6] Budd, G. E. & Mann, R. P (2020). The dynamics of stem and crown groups. Sci. Adv. 6, eaaz1626.

[7] Dyke, G. J. et al. Europe”s last Mesozoic bird. Naturwissenschaften 89, 408–411 (2002).

[8] Larson, D. W., Brown, C. M. & Evans, D. C (2016). Dental disparity and ecological stability in bird-like dinosaurs prior to the end-Cretaceous mass extinction. Curr. Biol. 26, 1325–1333.

[9] Field, D. J. et al (2018). Early evolution of modern birds structured by global forest collapse at the end-Cretaceous mass extinction. Curr. Biol. 28, 1825–1831.原标题：《6600万年前的海边 “走地鸡”，揭开现代鸟类进化谜题》

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