紫外线与计算机断层扫描技术帮助科学家揭示了一块保存完好的始祖鸟化石中隐藏的细节

与所有始祖鸟化石一样，芝加哥标本发现于德国索尔恩霍芬附近的石灰岩矿床中。该特定标本由一位私人化石收藏家于1990年前发现，自1990年起一直由私人收藏。一个支持者联盟协助菲尔德博物馆购得此标本；它于2022年8月运抵博物馆。

菲尔德博物馆爬行动物化石副馆长、该论文主要作者奥康纳表示："当我们首次获得始祖鸟化石时，我的感受是这极其、极其、极其酷炫，兴奋之情无以言表。但与此同时，始祖鸟已被认知超过160年，因此我不确定我们能获得哪些新发现。然而我们的标本保存和制备如此精良，实际上我们正从吻尖到尾尖获取海量新信息。"

生活于约1.5亿年前侏罗纪时期的始祖鸟是一种小型动物——其中芝加哥标本尤为特殊，是目前已知最小个体，仅约鸽子大小。它纤细的中空骨骼保存在一块极其坚硬的石灰岩板中。"处理如此脆弱的化石时，无法像处理霸王龙这类大型坚实化石那样将其完全从围岩基质中剥离，"奥康纳解释道，"因此我们在制备时谨慎凿除了覆盖化石的岩屑。"

由菲尔德博物馆首席化石制备师领导的工作团队，耗费逾一年时间处理芝加哥始祖鸟标本。这项工作需要无与伦比的精细度。由于保存的骨骼和组织与围岩颜色近乎相同，辨别化石与围岩基质的边界本身就是挑战。团队还运用CT扫描技术更精准界定化石边界。

"CT扫描仪本质是通过系列X射线构建三维图像的设备，其成像基于密度差异。它能实现内部透视，"奥康纳说明，"CT扫描对我们的制备流程至关重要——例如它能精确显示骨骼位于岩表下3.2毫米处，这让我们明确掌握下凿的安全深度。这是首次对完整始祖鸟标本进行CT扫描并将数据公开。"

团队还借助紫外线照射以显现化石骨架的某些部位，甚至包括脚趾底部的鳞片等软组织。"先前研究表明，索尔恩霍芬化石的某种化学成分能使软组织在紫外线下发出荧光，"奥康纳指出，"因此我们出色的制备团队在流程中周期性使用紫外线，确保不会意外去除肉眼不可见的软组织。"

这种依托技术引导的精细制备，使芝加哥始祖鸟保存的细节丰富度超越所有其他标本。"我们幸运地获得这份保存极佳的标本，同时还能观察到可能曾存在于其他标本中、却在过去粗糙制备过程中遗失的特征，"奥康纳强调，"由以最大限度保存组织和骨骼为目标的科学家完成标本制备，产生了巨大差异。"

尽管芝加哥始祖鸟蕴含大量待解信息，在本研究中奥康纳团队重点关注了头部、手足及翼羽等特定区域。

"口盖骨有助于研究颅骨运动性的演化——这是现代鸟类使喙部独立于脑颅活动的特征。听起来或许平淡，但对鸟类演化研究者至关重要，因为有种假说认为：演化出适应不同生态位的特化头骨，可能促使鸟类分化成当今逾11,000个物种，"奥康纳阐述道。与此同时，芝加哥始祖鸟手足部位保存的软组织支持了以下观点：始祖鸟多数时间在地面行走，甚至可能具备爬树能力。

芝加哥始祖鸟的翼羽特征涉及恐龙飞行起源的长期科学争论。"始祖鸟既非首个拥有羽毛的恐龙，也非首个具'翅膀'的恐龙。但我们认为它是最早能运用羽毛飞行的已知恐龙，"奥康纳指出，"这其实是我论文中最钟爱的部分，它提供了始祖鸟利用羽翼飞行的证据。"

始祖鸟飞行的关键可能在于其物种中前所未见的一组羽毛：上臂长羽（称为三级飞羽）。

"相较于多数现代鸟类，始祖鸟具有极长的肱骨，"奥康纳说明，"若试图飞行，长肱骨可能在翅膀主要飞羽、次级飞羽与身体其他部位之间形成空隙。气流穿过该空隙会破坏升力，导致无法飞行。"

然而现代鸟类演化出解决方案：缩短肱骨长度，并演化出三级飞羽填补身体与其余翼部之间的空隙。

"我们的标本是首件保存与制备方式能清晰展现长三级飞羽的始祖鸟，"奥康纳表示，"在与鸟类关系密切但并非真正鸟类的有羽毛恐龙中，这些羽毛是缺失的——它们的翼羽仅延伸至肘部。这表明这些非鸟类恐龙无法飞行，而始祖鸟可以。这进一步佐证了恐龙多次独立演化出飞行能力的观点——我认为这极其令人振奋。"

奥康纳指出这项初步研究仅是芝加哥始祖鸟研究的开端。"从保存的几乎每个身体部位我们都有激动人心的新发现。本文仅是冰山一角，"她总结道。

本研究由奥康纳、克拉克、郭佩真、基亚特、法布里、新屋明子、范比克、卢静、王敏和胡晗共同完成。