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恐龙:从琥珀中呼之欲出

中外科学家在琥珀中发现恐龙

2017-1-20 16:50:43 来源:中国矿业报 本报记者:刘烜 整理报道

引言:

2016年12月9日,中加英美等国的古生物学家在北京宣布,他们在琥珀中发现恐龙标本,这在历史上尚属首次。该项研究由中国地质大学(北京)邢立达博士与加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆瑞安·麦凯勒教授领衔,相关论文已发表于《细胞》出版集团旗下的生物学著名刊物《当代生物学》(Current Biology,5年影响因子平均达9.7)。

琥珀中包含有恐龙?这在古生物学中恐怕是异想天开。但是,大自然就是喜欢与人类开玩笑,这件看似不可能的事情如今真的成为现实!

1. 琥珀中的“恐龙”长啥样

在这块珍贵的琥珀中,保存有一段长有羽毛的恐龙尾巴,它为人们直观详尽地了解恐龙这一曾经主宰地球1.6亿年的神奇动物提供了强有力的研究材料。

据邢立达博士介绍:“这件标本非常小,琥珀中的恐龙尾巴展开后的长度约为6厘米,推测全身长度为18.5厘米。我们判断应该是一种手盗龙类,即恐龙向鸟类进化过程中的一类恐龙。”虽然标本的颜色乍一看接近黑色,但是在适宜的光照条件下可以看到标本的背面有栗棕色的羽毛,而腹面则有苍白或几乎白色的羽毛,这种上深下浅的保护色在很多现生动物身上都存在。

早在2016年6月29日,邢立达和麦凯勒研究团队就已公布在琥珀中首次发现古鸟类标本。这一重大发现也为后来在琥珀中发现恐龙标本埋下了伏笔。

“在发现古鸟类翅膀之后,我意识到,有着类似尺寸的非鸟小恐龙有很大的几率会出现在琥珀中。”邢立达博士不无感慨地回忆道。“之后我们误打误撞地找到这件标本!这是一段毛茸茸的尾巴,打眼一看很像一颗扫帚菜。虽然只有一段尾巴,但这却是人类首次有机会在琥珀中见到非鸟恐龙化石。”邢立达说。

琥珀中保存的恐龙尾巴标本。

2. 在缅甸胡康河谷发现琥珀标本

据邢立达博士介绍,“这件标本来自著名的琥珀产区之一——缅甸北部克钦邦胡康河谷。该区域的琥珀距今约9900万年前,属于白垩纪中期的诺曼森阶。”白垩纪时期,缅甸北部克钦邦胡康河谷是一片热带雨林,很多巨大的树木会流出大量的树脂,因此会出现很多包含动植物的琥珀。就琥珀的形成时间来看,目前缅甸保存的白垩纪琥珀化石是最多、最好的。

2013年开始,研究人员将注意力转向胡康河谷。据了解,当地开采的琥珀主要用来加工制作珠宝首饰。其中,一些不能制作珠宝首饰的边角料中包裹有古昆虫标本,当地人称之为虫珀。此外,还有一些琥珀中包裹着植物和动物羽毛。

2014年年底,正在云南进行恐龙化石挖掘工作的邢立达博士接到一个电话。电话来自我国优秀的昆虫学家张巍巍,他告诉邢立达:“有人在琥珀中发现恐龙的脚。”邢立达在看到他发来的照片后发现,图片中的动物脚并非恐龙的脚,而是蜥蜴的脚。但是,这也让邢立达意识到这块琥珀的价值,于是花费了自己两三个月的工资买下了这块琥珀。随后,他开始关注琥珀,并时常与经营琥珀的朋友接触,了解到部分琥珀中还包裹有羽毛、鸟类翅膀等。由于胡康河谷的琥珀形成于白垩纪时期,也就是恐龙时代,对于研究恐龙化石的科研人员来说不啻为一个福音。因此,他们先后买了许多带有羽毛的琥珀。并告诉当地人,如果在琥珀中发现奇怪的东西,一定要告诉他们。

最初拿到这件标本时,有人说这件琥珀中有一根草,草上还有只奇怪的蚂蚁。当研究人员拿着这枚琥珀对着太阳看时发现,琥珀中的植物上有小羽枝,并确定来自于动物。通过进一步研究,逐渐形成了现在的重要发现。

邢立达博士(右)与瑞安·麦凯勒教授(左)。

3. 推断与手盗龙类相近

中国科学院动物所副研究员白明博士和中国科学院高能物理研究所副研究员黎刚博士表示,研究团队在获取标本之后,综合运用了多种无损成像和分析手段来研究标本,包括中科院动物所的显微CT、北京同步辐射装置(BSRF)的硬X射线相衬CT、X射线荧光成像和X射线近边吸收谱等。通过对CT数据的重建、分割和融合,无损得到了隐藏在羽毛内部的尾部脊椎的高清3D形态。

论文作者之一、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员介绍说:“这段毛茸茸的尾巴包括了至少9个尾椎,我们给这件标本起了一个昵称叫‘伊娃’。从‘伊娃’标本的尾巴骨骼形态上来看,它与典型的非鸟虚骨龙类恐龙(coelurosaurs)类似,而区别于典型的古鸟类;从羽毛上来看,标本可归属于基干手盗龙类(maniraptorans)。”手盗龙类是虚骨龙类的一个演化支,主要包括阿瓦拉慈龙类、窃蛋龙类、镰刀龙类、恐爪龙类、鸟类等,这些恐龙有一个共同特征,即拥有能折叠的手掌。手盗龙类中不乏一些非常小的个体。比如,生活在1.6亿年前中国华北地区的近鸟龙,体长仅为34厘米,重约110克,是一种拥有飞羽的小型恐龙。“伊娃”标本的尺寸与近鸟龙较为接近。此外,“伊娃”标本尾椎腹侧明显的沟槽结构和许多虚骨龙类相似,但是还没有在长尾鸟类中报道过。

“羽毛形态是本次研究的重点之一。”瑞安·麦凯勒教授说。“伊娃”标本保存了非常精致的羽毛形态学细节,包括尾部羽毛与羽囊的排列方式、微米级的羽衣特征。最重要的是,这些羽毛都具有纤细的羽干,长有交替的羽枝和连续且均匀的羽小枝,这些特征为羽枝融合形成羽轴时已具有羽小枝这一羽毛发育模型提供了依据。徐星研究员补充道:“从羽毛演化角度来看,‘伊娃’标本更原始一些,介于似鸟龙类与尾羽龙类之间。”

此外,研究团队还通过BSRF的同步辐射X射线荧光成像获得化石断面的微量元素分布图,其中钛、锗、锰、铁等元素的分布与化石的形态吻合度很高,蕴含着丰富的埋藏学信息。“‘伊娃’标本的断面出现了高度富集的铁元素,近边吸收谱分析表明,其中80%以上的铁样本为二价铁,这些是血红蛋白和铁蛋白的痕迹。”黎刚博士解释道。

4. 恐龙标本被树脂包裹前或已死去

“基于目前的骨骼形态,我们还无法判断‘伊娃’标本是幼年个体或成年个体。”台北市立大学运动能力分析实验室的曾国维教授认为,“‘伊娃’标本没有挣扎的迹象,也无明显的皂化外观,这表明标本很可能是在被树脂包裹时已经死去,但标本并没有明显的腐败特征,说明它可能刚刚死亡,是一具相对新鲜的遗骸。至于‘伊娃’的死因,目前我们还没法断定,自然死亡或被掠食者捕杀都不能排除,还需要进行进一步的详细研究。”

邢立达博士告诉记者:“这只恐龙非常可能是全身被树脂包裹起来,而不仅仅是尾巴这一部分。因为尾巴的两端都是新茬,说明尾部前后还有其它部分存在,可能是在挖掘过程中被矿工挖坏了。”

5. 为沉积岩中恐龙化石记录补充信息

虽然凝固在时间中的琥珀只是古生态系统中极微小的部分,但它们却记录着各种微观细节,三维形态以及其它条件下难以研究的、不稳定的软组织。“这是一个非常值得大力研究的新信息来源。”邢立达认为,这一发现再次表明,琥珀可以为沉积岩中的恐龙化石记录补充大量的信息。

“我们非常期待看到这个地区的其它发现会怎样重塑我们对恐龙和其它脊椎动物的羽毛和软组织的理解。通过观察多个类群、一系列生命阶段和更完整的骨骼材料,我们或许还可以进一步提升现有知识。下一步,我们将继续分析现有标本,同时寻找更多材料,以便更深入地了解标本的保存方式,以及还能从这些琥珀中得到哪些细节。”邢立达博士说。

据了解,该研究项目得到中国国家重点基础研究发展计划(973计划)、中国国家自然科学基金、中国科学院、加拿大自然科学和工程研究理事会、美国国家地理学会、德国洪堡基金等十余个项目的资助。□

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