中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王敏：破譯鳥類起源密碼
中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王敏：破譯鳥類起源密碼
（神秘的中國(guó)地球uux.cn報(bào)道）據(jù)科技日?qǐng)?bào)（記者 唐婷）：研究的樂(lè)趣就在于，今天我們認(rèn)為是科學(xué)對(duì)的東西，明天可能就會(huì)被完全顛覆。院古研究員王譯鳥源密目前，脊椎究我們對(duì)鳥類起源與演化的動(dòng)物認(rèn)識(shí)還不完整，因此需要找更多的古人化石證據(jù)，不斷改進(jìn)研究方法。類研類起
王敏中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員
黑色方框眼鏡，敏破碼深藍(lán)色上衣搭配牛仔褲、中國(guó)球鞋，科學(xué)眼前的院古研究員王譯鳥源密年輕人，和《生活大爆炸》里的脊椎究宅男科學(xué)家萊納德有幾分神似。他就是動(dòng)物中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王敏，前不久其榮獲第十六屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)。古人
“在別人眼里，類研類起我可能比較無(wú)趣，周六日更愿意‘宅’在家里追劇或者看球賽，而不愿出去爬山郊游、親近自然。”王敏笑著說(shuō)。
可不愛旅游的王敏，幾乎每年都會(huì)去進(jìn)行野外調(diào)查。無(wú)意山水的他，對(duì)石頭卻情有獨(dú)鐘。不過(guò)他尋找的可不是普通的石頭，而是鳥類化石。
借助一塊塊看似平淡無(wú)奇的石頭，他和所在團(tuán)隊(duì)破譯了一道道鳥類起源和早期演化的密碼，不斷刷新和豐富著人們對(duì)鳥類起源和演化的認(rèn)知。
改寫今鳥型類起源時(shí)間
高考時(shí)，王敏的第一志愿是生物工程，結(jié)果誤打誤撞進(jìn)入了古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)。
雖都有生物二字，但兩個(gè)專業(yè)差異很大。起初兩年，鋪天蓋地的地質(zhì)學(xué)知識(shí)，讓王敏感到十分枯燥。
一次野外實(shí)習(xí)，改變了王敏對(duì)專業(yè)的看法?！爱?dāng)書本上學(xué)到的知識(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)一一得到驗(yàn)證，你才會(huì)真正地接受它，并且想了解更多。”王敏說(shuō)。
從古生物學(xué)與地層學(xué)到古脊椎動(dòng)物研究，再到鳥類起源與演化研究，王敏的科研視角逐步走向深入，也漸漸發(fā)自內(nèi)心地愛上了自己的專業(yè)。
在王敏看來(lái)，他的工作就像探案一樣，面對(duì)眼前的生物化石，需要去回答它生前是如何運(yùn)動(dòng)的、體重多少、兄弟姐妹是誰(shuí)、死亡時(shí)的年齡等等?！半m然化石不會(huì)說(shuō)話，但你可以提出一個(gè)個(gè)大膽的假設(shè)，再一步步去驗(yàn)證。”王敏說(shuō)。
在“破案”的過(guò)程中，不時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些驚喜。2015年，王敏所在團(tuán)隊(duì)與其他機(jī)構(gòu)合作，發(fā)現(xiàn)了世界上迄今最古老的今鳥型類化石，將其命名為彌曼始今鳥。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·通訊》上，王敏是論文的第一兼通訊作者。這項(xiàng)研究工作當(dāng)時(shí)被《科學(xué)》的評(píng)述文章評(píng)價(jià)為“近10年來(lái)有關(guān)鳥類早期演化研究中最重要的發(fā)現(xiàn)”。
“此前，世界上最古老的今鳥型類化石發(fā)現(xiàn)于熱河生物群的義縣組，距今約1.25億年。而我們研究的新標(biāo)本發(fā)現(xiàn)于河北豐寧四岔口盆地的花吉營(yíng)組。”王敏介紹，同位素測(cè)年表明花吉營(yíng)組含鳥化石層距今約1.3億年，因此，新標(biāo)本代表了今鳥型類已知最古老的化石記錄，將今鳥型類的起源時(shí)間向史前推進(jìn)了至少5百萬(wàn)年。
中生代鳥類主要包括今鳥型類、反鳥類和一些更基干的鳥類。今鳥型類是早白堊世最為進(jìn)步的一個(gè)類群，現(xiàn)生鳥類就是從中演化而來(lái)的。
王敏對(duì)中生代鳥類的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行了大量分析。結(jié)果表明，相比于時(shí)代更晚的其他紅山鳥類，彌曼始今鳥在系統(tǒng)樹上更為進(jìn)步。彌曼始今鳥較進(jìn)步的系統(tǒng)位置和較早的出現(xiàn)時(shí)間，顯示出地層與譜系關(guān)系的不一致性，表明今鳥型類起源的時(shí)間較已有的認(rèn)識(shí)更早。同時(shí)，也將除始祖鳥外的其他原始鳥類支系的起源和分異時(shí)間向前推進(jìn)到晚侏羅世——早白堊世。
發(fā)現(xiàn)最古老的鳥類食團(tuán)
不僅關(guān)注鳥類的起源，早期鳥類吃什么、怎么吃，也是王敏關(guān)注的重點(diǎn)。
在鳥類漫長(zhǎng)的演化歷史中，它們失去了牙齒和厚重的上、下頜，取而代之的是輕質(zhì)的角質(zhì)喙，同時(shí)還演化出了特別的消化系統(tǒng)，使他們能將食物“囫圇”吞入，而不經(jīng)過(guò)咀嚼。
“對(duì)于骨骼、毛發(fā)等難以消化的東西，鳥類會(huì)以食團(tuán)的方式將其從口中吐出，而并非像其他脊椎動(dòng)物那樣，將其隨著糞便排出體外?！蓖趺艚榻B。
鳥類的胃分化為腺胃和肌胃，腺胃能夠分泌消化液對(duì)食物進(jìn)行軟化，而肌胃則主要對(duì)食物進(jìn)行機(jī)械的研磨。鳥類的肌胃和小腸之間的幽門狹小，且小腸壁薄，因此骨頭等難以消化的東西難以通過(guò)幽門，而殘留在肌胃里。
隨著肌胃的收縮，被壓扁的食團(tuán)再通過(guò)消化道的逆蠕動(dòng)作用，由肌胃向前運(yùn)移，依次通過(guò)腺胃、食道，最終從嘴巴吐出。這樣的消化過(guò)程不僅能夠使鳥類快速將食物吞入體內(nèi)，減小被捕食的機(jī)率，同時(shí)能將難以消化的東西迅速排出體外，減輕體重。
在研究一件發(fā)現(xiàn)于遼西早白堊世的九佛堂組反鳥類標(biāo)本時(shí)，王敏發(fā)現(xiàn)其肱骨下方有一紡錘形的團(tuán)聚物，其含有狼鰭魚的骨骼碎片。將其與現(xiàn)生鳥類、鱷魚的消化系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比后，王敏認(rèn)為該團(tuán)聚物為鳥類的食團(tuán)。
“這件標(biāo)本距今約1.2億年，這是迄今最古老的有關(guān)鳥類食團(tuán)的化石記錄?！蓖趺艚榻B。
提出早期鳥類尾骨與尾羽獨(dú)立演化假說(shuō)
在恐龍向鳥類的演化過(guò)程中，尾骨的變化最為顯著。不同于恐龍所具有的長(zhǎng)尾骨，現(xiàn)生鳥類的尾骨顯著縮短，特別是最后幾枚尾椎愈合成一個(gè)尾綜骨。
現(xiàn)生鳥類的尾綜骨在側(cè)視時(shí)呈犁狀，其表面附有肌肉和纖維脂肪，因而能夠控制扇狀尾羽的展開和閉合，這是現(xiàn)實(shí)飛行的重要條件。此前，這樣的犁狀尾綜骨僅出現(xiàn)在今鳥型類，而扇狀尾羽也多發(fā)現(xiàn)于今鳥型類中；相反，在反鳥類和其他更為原始的鳥類中，尾綜骨形態(tài)結(jié)構(gòu)單一而呈長(zhǎng)桿狀，扇狀尾羽也很少在這些鳥類中出現(xiàn)。
因此，研究者此前普遍認(rèn)為犁狀尾綜骨和扇狀尾羽是同步演化的。然而，王敏團(tuán)隊(duì)對(duì)一件發(fā)現(xiàn)于1.3億年前的早白堊世反鳥類——多齒脛?dòng)瘌B化石的研究挑戰(zhàn)了這一觀點(diǎn)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，多齒脛?dòng)瘌B的尾綜骨顯著縮短，相對(duì)長(zhǎng)度與今鳥型類相近。更為重要的是，多齒脛?dòng)瘌B的尾綜骨末端向背側(cè)彎曲，從而形成了和今鳥型類完全相同的犁狀尾綜骨。然而，多齒脛?dòng)瘌B并不具有扇狀尾羽；相反的，它的尾羽都是非羽片狀的，表明今鳥型類的尾綜骨通過(guò)平行演化的方式至少在多齒脛?dòng)瘌B這類反鳥類中已經(jīng)演化出來(lái)了。這意味著，“犁狀尾綜骨——扇狀尾羽的協(xié)同演化”假說(shuō)需要被重新考慮。
結(jié)合發(fā)育生物學(xué)知識(shí)，再綜合利用新研究方法，王敏團(tuán)隊(duì)提出尾綜骨和尾羽在鳥類早期演化中獨(dú)立演化的假說(shuō)，挑戰(zhàn)了長(zhǎng)期占主導(dǎo)的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。這項(xiàng)成果被中國(guó)古生物學(xué)會(huì)評(píng)為2017年度中國(guó)古生物學(xué)十大進(jìn)展。
“研究的樂(lè)趣就在于，今天我們認(rèn)為是對(duì)的東西，明天可能就會(huì)被完全顛覆。目前，我們對(duì)鳥類起源與演化的認(rèn)識(shí)還不完整，因此，需要找到更多的化石證據(jù)，不斷改進(jìn)研究方法，聽取更多的意見，才能讓我們的認(rèn)知日漸完善起來(lái)?！蓖趺粽f(shuō)。
在探索鳥類起源與早期演化的道路上，王敏還將走得更遠(yuǎn)。 |
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