紫外线和CT扫描帮助科学家解开保存完好的始祖鸟化石中隐藏的细节

始祖鸟是证明达尔文正确的化石。这是已知最古老的鸟类化石，它有助于证明所有鸟类——包括今天活着的鸟类——都是恐龙。尽管第一块始祖鸟化石是在160多年前发现的，但科学家们仍在继续了解这种古老动物的新情况。

在《自然》杂志的一篇新论文中，研究人员描述了与公共科学记录共享的最新始祖鸟化石的特征：2024年在菲尔德博物馆展出的芝加哥始祖鸟。由于准备标本的科学家们进行了极其详细的工作，这块化石保存了比始祖鸟更多的软组织和精细的骨骼细节。

特别是，在这个物种中从未见过的一组羽毛有助于解释为什么它能飞，而它的许多非鸟类恐龙近亲却不能飞。

与所有始祖鸟化石一样，芝加哥标本是在德国索尔恩霍夫附近的石灰岩矿床中发现的。这个特殊的标本是在1990年之前由一位私人化石收藏家发现的，自1990年以来一直在私人手中。支持者联盟帮助菲尔德博物馆采购了它；它于2022年8月抵达博物馆。

“当我们第一次得到始祖鸟时，我觉得，这非常、非常、非常酷，我非常兴奋。但与此同时，始祖鸟已经有160多年的历史了，所以我不确定我们能学到什么新东西，”菲尔德博物馆化石爬行动物副馆长、该论文的主要作者Jingmai O'Connor说。“但我们的标本保存得如此完好，准备得如此充分，以至于我们实际上正在学习大量新信息，从它的鼻尖到尾巴尖。”生活在侏罗纪时期约1.5亿年前的始祖鸟是一种小动物——尤其是芝加哥的标本是已知最小的，只有鸽子那么大。它微小的中空骨骼保存在一块极其坚硬的石灰岩中。

奥说：“当你有一块如此精致的化石时，你无法像对待霸王龙这样又大又结实的东西那样，将其从周围的岩石基质中完全移除。”。“因此，当我们准备它时，我们仔细地削掉了覆盖化石的岩石碎片。”

由菲尔德博物馆首席化石制备员Shinya Akiko领导的一个化石制备团队花了一年多的时间研究芝加哥始祖鸟。这项工作非常详细。即使看到化石的终点和岩石基质的起点也是一个挑战，因为保存下来的骨骼和组织的颜色几乎与周围的岩石相同。CT扫描也被用来更好地描绘化石的边界。

“CT扫描仪本质上是一种接受一系列X射线的机器，它根据密度的差异来构建三维图像。它可以让你看到内部的东西，”奥说。“CT扫描对我们的准备过程非常重要——它让我们知道骨头正好位于岩石表面以下3.2毫米处，这让我们确切地知道在撞击骨头之前我们能走多远。这是第一次对完整的始祖鸟进行CT扫描并提供数据。”。

“之前的研究表明，索尔恩霍夫化石的化学成分中有某种物质使软组织在紫外线下发出荧光，”奥说。“因此，我们出色的准备团队在整个准备过程中定期使用紫外线，以确保他们不会意外去除肉眼看不到的任何软组织。”

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这种谨慎、技术指导的准备工作使得芝加哥始祖鸟比其他任何标本都保存了更多的细节。“我们很幸运，这个标本保存得非常完好，但我们也可以看到其他标本中可能保存的特征，但这些特征在过去并没有通过更粗糙的制备过程，”奥说。“让科学家们准备这个标本，他们的目标是尽可能多地保存组织和骨骼，这产生了巨大的影响。”

虽然从芝加哥始祖鸟身上可以学到很多东西，但在这篇论文中，奥和她的团队特别关注了几个方面：头部、手脚和翅膀羽毛。

“口腔顶部的骨头有助于我们了解颅骨运动的进化，这是现代鸟类的一种特征，可以让喙独立于脑壳移动。这听起来可能不太令人兴奋，但对于研究鸟类进化的人来说，这真的很重要，因为有人假设，能够为不同的生态位进化出专门的头骨可能有助于鸟类进化成今天的11000多种物种，”奥说。

与此同时，保存在芝加哥始祖鸟手脚上的软组织支持了始祖鸟花了很多时间在地上行走，甚至可能会爬树的观点。

芝加哥始祖鸟的翅膀羽毛是关于恐龙飞行起源的长期科学争论的一个因素。“始祖鸟不是第一个有羽毛的恐龙，也不是第一个拥有‘翅膀’的恐龙。但我们认为它是已知最早能够用羽毛飞行的恐龙，”奥说。“这实际上是我最喜欢的论文部分，这部分提供了始祖鸟利用其羽毛翅膀飞行的证据。”

始祖鸟飞行的关键可能是一组从未在其物种中见过的羽毛：上臂上的一长串羽毛，称为三足。“与大多数现存鸟类相比，始祖鸟的上臂骨非常长，”奥说。“如果你想飞，长上臂骨会在翅膀的长主羽和次羽与身体的其他部分之间产生间隙。如果空气穿过这个间隙，就会破坏你产生的升力，你就不能飞了。”

然而，现代鸟类已经进化出了一种解决这一问题的方法：缩短上臂骨，并用一组三层羽毛来填补鸟类身体与翅膀其他部分之间的间隙。

“我们的标本是第一个被保存和制备的始祖鸟，我们可以看到它的长三角羽毛，”奥说。“这些羽毛在有羽毛的恐龙中缺失，这些恐龙与鸟类关系密切，但并不完全是鸟类。它们的翅膀羽毛停在肘部。这告诉我们，这些非鸟类恐龙不能飞行，但始祖鸟可以。这也增加了证据，表明恐龙不止一次进化出飞行——我认为这非常令人兴奋。”

O’Connor说，这项初步研究只是芝加哥始祖鸟的开始。

她说：“我们从保存下来的身体几乎每个部位都学到了一些令人兴奋的新东西。而这篇论文只是冰山一角。”。

本研究由Jingmai O'Connor、Alex Clark、Pei Chen Kuo、Yosef Kiat、Matteo Fabbri、Akiko Shinya、Constance Van Beek、Jing Lu、Min Wang和Han Hu共同完成