紫外线与CT扫描帮助科学家揭示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在1990年之前发现，自1990年以来一直由私人持有。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月抵达博物馆。

"当我们首次获得我们的始祖鸟时，我的反应是，这非常、非常、非常酷，我无比兴奋。但同时，始祖鸟已被认知超过160年，因此我不确定我们能获得什么新发现，"菲尔德博物馆爬行动物化石副馆长、该论文的主要作者Jingmai O'Connor表示。"但我们的标本保存得如此完好，制备得如此精细，实际上我们正从头到尾获取大量新信息。"

始祖鸟生活于约1.5亿年前的侏罗纪时期，是一种小型动物——芝加哥标本尤其特殊，它是已知最小的个体，体型仅约鸽子大小。它纤细的中空骨骼保存在一块极其坚硬的石灰岩板中。"面对如此脆弱的化石，你无法像处理霸王龙那样大型坚实的化石般将其完全从围岩基质中取出，"O'Connor解释道。"因此我们在制备时，仔细凿除了覆盖化石的岩屑。"

由菲尔德博物馆首席化石制备师Akiko Shinya领导的团队，耗费一年多时间处理芝加哥始祖鸟标本。这项工作极其精细。由于保存的骨骼和组织与围岩颜色几乎相同，区分化石边界与围岩基质本身就是挑战。团队还借助CT扫描更清晰地界定化石轮廓。

"CT扫描仪本质上是拍摄系列X射线的设备，通过密度差异构建三维图像。它让你能透视物体内部，"O'Connor说明。"CT扫描对我们的制备流程至关重要——它能精确显示诸如'骨骼位于岩表下3.2毫米处'的信息，使我们明确凿除的安全深度。这是首次对完整始祖鸟进行CT扫描并公开数据。"

团队还采用紫外光技术辅助定位化石骨骼碎片乃至软组织（如趾底鳞片）。"先前研究表明，索恩霍芬化石的化学成分会使软组织在紫外光下发出荧光，"O'Connor指出。"因此我们卓越的制备团队在过程中定期使用紫外光，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了比其他标本更丰富的细节。"我们很幸运这个标本保存极佳，但更重要的是，我们观察到的特征在其他标本中可能原本也存在，只是过去粗放的制备过程破坏了它们，"O'Connor强调。"由以最大程度保存组织骨骼为目标的科学家完成本标本制备，产生了巨大差异。"

尽管芝加哥始祖鸟蕴含大量信息，但本文中O'Connor团队重点研究了几个特定区域：头部、手足及翼羽。

"口盖骨骼帮助我们探索'颅骨可动性'的演化——这是现代鸟类让喙独立于脑颅活动的特征。听起来或许平淡，但对研究鸟类演化者至关重要，因为学界推测，这种为不同生态位特化头骨的能力，可能助力鸟类演化成现今11000多个物种，"O'Connor阐释。同时，手足部位保存的软组织支持了始祖鸟大量时间在地面行走甚至可能具备攀树能力的观点。

芝加哥始祖鸟的翼羽涉及恐龙飞行起源的长期科学争论。"始祖鸟并非首个拥有羽毛或'翅膀'的恐龙。但我们认为它是最早能用羽毛飞行的已知恐龙，"O'Connor表示。"这实际是论文最令我兴奋的部分——它提供了始祖鸟使用羽翼飞行的证据。"

其飞行能力的关键可能在于该物种前所未见的羽组：上臂长羽（称为三级飞羽）。

"相比多数现存鸟类，始祖鸟的上臂骨（肱骨）非常长，"O'Connor分析。"若试图飞行，过长的肱骨会在翅膀初级/次级飞羽与身体间形成空隙。气流穿过间隙会破坏产生的升力，导致无法飞行。"

然而现代鸟类演化出解决方案：缩短肱骨，并演化出三级飞羽填补身体与翼部间隙。

"我们的标本是首个保存并制备得能显现长三级飞羽的始祖鸟，"O'Connor指出。"这些羽毛在近鸟类恐龙（如驰龙科）中缺失——它们的翼羽止于肘部。这说明这些非鸟恐龙无法飞行，而始祖鸟可以。这进一步佐证恐龙曾多次独立演化出飞行能力——我认为这极其振奋人心。"

O'Connor表示本次研究仅是芝加哥始祖鸟的起点。"从保存的几乎每个身体部位我们都获得激动人心的新发现。本文仅是冰山一角，"她总结道。

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及Han Hu共同完成。