惊人发现:“神奇爬行动物”重写羽毛起源

新描述的三叠纪中期Mirasaura grauvogeli拥有醒目的羽毛状头冠,这表明复杂的皮肤附属物出现的时间远比之前认为的更早。其鸟状颅骨、树栖适应性以及与羽毛相关的色素结构,进一步加深了爬行动物进化之谜。

早期爬行动物独特的皮肤结构

这种相当小型的奇迹龙的冠饰由独立的、密集重叠的突起物组成,每个突起物都具有类似羽毛的外形,并带有一个狭窄的中脊。虽然真正的羽毛由许多称为羽枝的精细分支结构组成,但在奇迹龙的突起物中没有发现这种分支的证据。因此,研究团队认为,奇迹龙这种复杂而独特的皮肤附属物的结构,其进化在很大程度上独立于鸟类的相应结构。

“我们在如此古老的爬行动物群体中发现如此复杂的皮肤附属物,为它们的进化史提供了新的视角。奇迹龙甚至比恐龙还要古老,且与恐龙亲缘关系不近。发育生物学研究表明,像羽毛这样复杂的皮肤附属物生长的遗传基础可能起源于3亿多年前的石炭纪。奇迹龙提供了首个直接证据,证明这种结构确实在爬行动物进化的早期就已形成,出现在与鸟类和已灭绝恐龙亲缘关系不远的类群中,”论文的第一作者、斯图加特国家自然历史博物馆的科学家斯蒂芬·斯皮克曼博士说道。

恐龙与羽毛的起源

这项研究标志着古生物学研究近30年趋势的一个转折点,该趋势始于20世纪90年代末在中国发现带羽毛的恐龙。在此之前,人们认为包括产生鸟类的恐龙在内的爬行动物都覆盖着鳞片,只有真正的鸟类才有羽毛。因此,恐龙常被描绘成行动迟缓、身披鳞片的动物。当研究开始表明许多恐龙比以前认为的更像鸟类时,这种形象发生了改变。中国带羽毛的非鸟恐龙的发现引发了一波新的研究浪潮,开始模糊了有鳞的、“冷血”的爬行动物与有羽毛的、“温血”的鸟类之间的界限。如今,情况显然更加复杂。

格拉沃格尔氏奇迹龙向我们展示了进化可以多么令人惊讶,以及它所蕴含的潜力。它反复产生完全相互独立的相似结构,但也产生如此不同以至于可以区分的结构。奇迹龙在地球历史早期,远在恐龙出现之前,就发展出一种不同于羽毛的结构,这是我们未曾预料到的,这将激发讨论和研究,”斯图加特国家自然历史博物馆爬行动物专家、古生物学部主任莱纳·肖赫教授博士表示。

拥有鸟状头骨和爪子的奇异攀树者

研究人员已使用最新技术研究奇迹龙,包括在欧洲同步辐射设施(ESRF)进行的同步辐射成像,以重建其头骨。这揭示了一种鸟状的形态:狭窄、基本无齿的吻部,大而朝前的眼窝,以及一个大的、圆顶状的头骨。它的吻部可能被用来从狭窄的树洞中觅食昆虫。奇迹龙所属的镰龙类是古生物学家所熟知的三叠纪时期极为奇特的生物。它们有适于抓握的前肢,有时带有一个类似迅猛龙的巨大爪子。它们身体长、呈桶状,有一条长而能卷握的尾巴,以及能让它们像猴子一样抓住树枝的手。有些物种甚至在尾巴末端有一个钩状的爪子,用于悬挂在树枝上。

“镰龙类有许多生态适应特征,且科学界对它们的了解仅有几十年。奇迹龙生活在二叠纪-三叠纪界线大灭绝后出现的最早一批森林中的树上。奇迹龙背部具有新颖皮肤结构的冠饰,增加了这一系列显著的适应性特征,使得这群爬行动物如此独特,”参与这项新研究的美国华盛顿特区国家自然历史博物馆古生物学家汉斯·苏斯教授博士说道。

黑素体与皮肤结构

奇迹龙的冠饰上部分保存有一层薄薄的棕色薄膜。分析证实了黑素体的存在,这是一种含有黑色素色素的微小细胞器。它们在包括人类在内的大多数动物中都有发现。研究人员比较了奇迹龙黑素体与现生爬行动物皮肤、毛发和羽毛中黑素体的形状。“我们知道,在现代动物中,黑素体具有与其所在组织相关的特定形态,”该研究的合著者、来自爱尔兰科克大学学院的瓦伦蒂娜·罗西博士说道,她是化石黑素体研究专家。“在奇迹龙软组织中发现的黑色素体,其形状更接近于现存和化石羽毛中发现的黑色素体,而非哺乳动物毛发和爬行动物皮肤中的黑色素体。”

格劳沃格尔的“奇迹爬行动物”

化石收藏家路易斯·格劳沃格尔于20世纪30年代开始在阿尔萨斯发掘中三叠世时期的化石。他的发现中包括了奇迹龙的化石。多年来,他积累了大量藏品,这些藏品在格劳沃格尔家族中保存了许多年。2019年,这些藏品被转移到斯图加特国家自然历史博物馆,在进一步的整理准备工作中发现了奇迹龙。这些化石现收藏于斯图加特国家自然历史博物馆的古生物藏品库中。

 

格拉沃格尔氏奇迹龙——发现故事:

当地化石收藏家路易斯·格劳沃格尔于20世纪30年代末开始在法国阿尔萨斯进行发掘。他发现化石的年代可追溯到中三叠世,大约2.47亿年前,主要包括植物、昆虫和其他无脊椎动物。当时格劳沃格尔并不知道,这些发现中包含了奇迹龙的遗骸。这个备受研究人员推崇的藏品基本上一直由家族保管。古植物学家、路易斯·格劳沃格尔的女儿莱亚·格劳沃格尔-斯塔姆博士致力于研究和维护这批藏品。格劳沃格尔-斯塔姆博士也作为合著者参与了这项研究。2019年,德国斯图加特国家自然历史博物馆与莱亚·格劳沃格尔-斯塔姆博士达成协议,将这批丰富的藏品转移到斯图加特。在那里,这些藏品将用于研究目的,并将在未来的展览中向公众展示。在斯图加特对格劳沃格尔藏品中的化石进行整理准备期间,发现并进一步研究了一种带有冠饰的不寻常的小型爬行动物。为了纪念其发现者路易斯·格劳沃格尔,这种动物被命名为格拉沃格尔氏奇迹龙 ——“格劳沃格尔的奇迹爬行动物”。该化石现收藏于斯图加特国家自然历史博物馆的古生物藏品库。一个跨学科的古生物学家团队希望进一步研究发现格拉沃格尔氏奇迹龙的地点,以阐明这里的皮肤突起物为何保存得如此完好。未来的研究还将聚焦于奇迹龙的生态学、生物学和环境,以及它与其他动物的相互作用。

这项研究由德国研究基金会(DFG)和欧洲研究理事会巩固资助项目资助。斯图加特国家自然历史博物馆几年前在斯图加特自然博物馆促进协会、德国联邦文化基金会和巴登-符腾堡州科学、研究与艺术部的财政支持下,得以收购格劳沃格尔藏品。