芝加哥始祖鸟生态复原图。 Michael Rothman/绘
■本报见习记者 蒲雅杰
160多年前，第一块始祖鸟化石的出土曾在科学界引起轰动——这种长着羽毛的“恐龙鸟”，正是达尔文演化论的最佳“代言人”。然而，它到底是如何从陆地爬行演化到翱翔天空的？这一演化之谜，至今尚未完全揭晓。
一个由中美两国科学家组成的联合团队，历时3年，通过对最新发布的芝加哥始祖鸟化石进行深入研究，终于为这幅演化“拼图”拼上了关键一块。相关研究成果近日发表于《自然》。
“运用高精度CT扫描重建等手段，我们发现了始祖鸟骨骼、软组织、羽毛上此前从未被揭示的细节特征，为恐龙向鸟类演化的完整进程提供了全新线索。”论文通讯作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员胡晗告诉《中国科学报》。
始祖鸟标本的“里程碑”
始祖鸟化石是目前已知最古老的鸟类化石。达尔文《物种起源》发表两年后，也是演化论饱受争议的时期，始祖鸟化石的横空出世揭示了鸟类起源自爬行类动物的事实，使神创论者黯然退场。
和所有始祖鸟化石一样，芝加哥始祖鸟也出土于德国索伦霍芬地区的石灰岩沉积层，是目前已知的第十四件始祖鸟标本。尽管早在1990年之前就被发现，但它一直都“藏珠”于各位私人收藏家手中。直到2022年，在多方协助下，这块化石被收入美国菲尔德自然历史博物馆中，它潜藏的演化秘密才逐渐被揭开。
生活在约1.5亿年前的始祖鸟体形不大，而芝加哥始祖鸟标本更是目前发现的体形最小的标本，大小仅与一只鸽子相当。
“这件标本可以说是始祖鸟研究史上的‘里程碑式标本’。”胡晗说，它的保存极为完整，不仅大部分骨骼较为立体，同时还保存了罕见的软组织，如皮肤、趾垫、羽毛等重要信息，“为深入理解其形态信息和生态适应过程提供了独一无二的证据”。
补上“缺失的一环”
基于芝加哥始祖鸟标本完美的保存状态，研究人员将探索的目光锁定在其头部、四肢及飞羽等部位。
据胡晗介绍，始祖鸟的头骨形态介于伤齿龙类和其他白垩纪鸟类之间，代表着从非鸟恐龙缺乏灵活性的头骨向更轻便灵活的鸟类型头骨过渡的关键阶段。
与此同时，芝加哥始祖鸟足部的软组织结构显示出其可能与现生地栖鸟类相似的特征。论文第一作者、菲尔德自然历史博物馆副教授邹晶梅表示：“它们可能有部分时间在地面行走，同时拥有攀爬树木的能力。”
芝加哥标本还是首件发现三级飞羽的始祖鸟标本。三级飞羽是一组附着在肱骨和尺骨上、位于翅膀和身体之间的飞羽，始祖鸟借助它维持连续的空气动力学平面，从而实现飞行。邹晶梅表示，这一结构在与鸟类密切相关的带羽毛恐龙中从未出现过，说明这可能是始祖鸟为了适应主动飞行而演化出的新特征。
这些新发现厘清了始祖鸟“新旧兼具”的镶嵌演化特征。“正因为同时具有原始与进步的特征，它补上了演化进程中‘缺失的一环’，架起人们对恐龙向鸟类演化过程的理解的桥梁。”胡晗说。
跨国合作 各展所长
“跨国合作对于解读像始祖鸟这样的国际‘明星化石’至关重要。”胡晗告诉《中国科学报》，与其简单称之为合作，不如说是两国学者在学术友谊上，用双方专业知识和技术优势协奏出的“交响曲”。
邹晶梅曾在中国工作近10年，此后也一直与中国学者保持密切的合作交流。2022年，随着芝加哥始祖鸟标本被菲尔德自然历史博物馆纳入馆中，她与长期合作的胡晗一拍即合，决定各展所长，分工完成对这块化石的探索。
由于标本在美国有巨额的安保费，无法轻易离开美国，因此邹晶梅与博物馆同事对标本进行物理修复以及近距离的软组织观察研究，并对其进行了高精度CT扫描。
基于高精度CT扫描的结果，胡晗带领中国团队实现了第一阶段对其头骨的三维重建，并系统诠释了这些骨骼特征在演化进程中的关键位置。
由于一侧被埋在岩石中，标本的一部分信息无法直接观察，但三维重建就像是孙悟空的“火眼金睛”，让这些隐藏的细节无所遁形。“比如，在三维重建结果中，我们发现了腭区的犁骨，它有与鸟类更加接近的形态。此外，我们还重建出它与翼骨等其他腭区骨骼的相对位置和关节方式。”胡晗介绍。
据了解，这项研究仅仅是芝加哥始祖鸟研究的开始。邹晶梅说，化石上还有更多令人兴奋的骨骼特征及其他细节有待深入探索，“现在的发现仅是冰山一角”。
胡晗也表示，基于此次成功建立的始祖鸟头骨三维模型，他们可以进一步进行功能形态学的定量分析，并拓展到更多化石鸟类的三维功能形态研究。这为未来深入探讨恐龙向鸟类演化关键时期的生态习性转变奠定了基础。
相关论文信息：
10.1038/s41586-025-08912-4
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