3月12日,中外科学家团队在北京宣布,他们在缅甸白垩纪琥珀中发现了一种微小的肉食性恐龙新种属——宽娅眼齿鸟,代表了迄今为止最小的恐龙,这一发现对进一步探索恐龙与古鸟类的演化,尤其是小型化动物的形态演化具有重要意义。相关研究论文《缅甸白垩纪蜂鸟大的恐龙》,近日发表于国际著名学术期刊《自然》杂志。
图为眼齿鸟生境复原图(绘图 韩志信)
奇怪的中生代标本该研究由中国地质大学(北京)副教授邢立达、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所外籍研究员邹晶梅、美国洛杉矶自然史博物馆拉尔斯·施米茨博士、中国科学院高能物理所黎刚研究员,以及美国洛杉矶自然史博物馆恐龙研究院院长路易斯·恰普教授、加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆瑞安·麦凯勒教授、中国科学院北京综合研究中心易栖如博士等学者共同完成。
据介绍,这一琥珀化石产自缅甸北部克钦邦胡冈谷地,地质学家对该矿区的火山灰锆石同位素测定地质年龄后认为,胡冈谷地的琥珀形成于约9900万年前,属于白垩纪中期。而这里潮湿的热带环境和大量保存古生物的琥珀,也使胡冈谷地被认为是展现真实白垩纪世界的最佳窗口。
琥珀中的头骨长仅约14毫米,有着尖锐的喙部,密集的牙齿和巨大的眼眶。从骨骼特征上看,这个动物有些“四不像”,有的特征像恐龙,有的特征像非常高级的鸟类。
图为眼齿鸟琥珀
“这是我有幸研究过的、最奇怪的化石。”邹晶梅表示,“当我第一次看到它的时候,我被惊呆了——它保存得非常精美,但看起来又非常怪异,有着独特的巩膜环(眼骨)和大量的牙齿。它和其他中生代鸟类真的很不一样,我记得我在想,如果你让我画一种我们还没有发现的中生代鸟类,我就永远无法想象会有这么有趣的东西。”
对鸟类演化具有重要意义标本有着延伸到眼睛下面的牙齿,这种头骨的形状只出现在鸟类和一些恐龙身上。
“然而,从没有用头骨特征(形态学)来定义鸟类的先例,因此它也可能是恐龙或其他什么东西。我们需要更多的数据来最终确定,但古生物学数据总是不完整的,我们的假设总是利用目前可用的数据进行最可能的猜测。”邹晶梅说。
鉴于该标本形态特征与其他所有鸟类都不同,学者们建立了新属新种——宽娅眼齿鸟,属名“眼齿”指出标本的特性:硕大的眼睛和密集的牙齿,种名“宽娅”是向最初发现并征集此标本的缅甸琥珀收藏家宽娅女士致敬。该标本属于云南腾冲琥珀阁博物馆以及缅甸仰光分馆,是2016年被一名缅北矿区矿工发现,由宽娅女士购买并捐赠给琥珀阁博物馆。
据邢立达介绍,它的牙齿比其他所有的古鸟类都多。齿列也比其他鸟类长,一直延伸到眼部下面。上颌每侧有18–23颗牙齿,齿骨每侧有29–30颗牙齿,全部牙齿加起来约有100颗!这也是学者将其命名为眼齿鸟的原因。“大量的牙齿告诉我们,尽管体型超小,但它是一种肉食性动物。”
目前,学者们没有找到特定的头骨特征来将眼齿鸟确切归入鸟类、非鸟恐龙,或其他主龙类。但可以肯定的是,白垩纪是鸟类演化的重要阶段,也是鸟类从恐龙演化而来的关键阶段之一,这一标本的发现,对进一步研究恐龙与古鸟类的演化具有重要意义。
小身材,大眼睛鸟类是恐龙的后裔,是生物多样性最丰富的脊椎动物之一,大约有10500个种。在近1.5亿年的漫长演化历史中,共历经了白垩纪和新生代两次辐射演化。
资料显示,最小的现生鸟类是蜂鸟,最小的蜂鸟是吸蜜蜂鸟,重约1.95克,长5.5厘米,是世界上最小的鸟类。而从这一标本的头骨尺寸来看,眼齿鸟比蜂鸟还要短一些。
眼齿鸟最有趣的地方就在于它的小型化。
“体型变得如此小的动物必须面对很多新的问题,比如如何把所有的感觉器官都整合进它们如此微型的头中,以及如何保持体温等。这种小型化过程,通常发生在孤立的环境中,最典型的是岛屿。刚好缅甸在白垩纪中期就是个孤立的岛弧。”邢立达说。
小型化通常伴随着牙齿脱落和眼部增大等特征。眼齿鸟的另一个特别之处就是它的“大眼睛”——其直径约4毫米。
“我们知道,鸟类和大部分爬行动物(包含恐龙、翼龙、鱼龙)的眼睛有一圈由巩膜小骨组成的巩膜环,将眼球围在中间,对眼球起着支持和保护的作用。鸟类中的巩膜小骨呈方形而且非常简单,但眼齿鸟的巩膜小骨呈匙形,这种形态只在一些现生蜥蜴中发现过,这是令我们非常困惑的地方之一。”邢立达说。
据研究,眼齿鸟双眼的朝向也不同于猫头鹰等巩膜环发达的鸟类,猫头鹰双眼向前,眼齿鸟则朝向两侧。眼齿鸟的颧骨弯曲,眼睛从头部侧面凸出。这种视觉系统在现生动物中从未发现,这使得人们很难理解它的眼睛是如何工作的。但研究者认为,眼骨的开孔(眼圈的内径)表明,眼齿鸟的活动模式为白天型。
新技术实现3D成像此次研究的标本是一个包裹在琥珀中的完整动物头骨,开展研究的第一个挑战是如何无损的获得被琥珀、皮毛和杂质层层包围的头骨的完整的高分辨率的3D信息。
黎刚团队使用上海光源(SSRF)的硬X射线成像线站和他们在北京同步辐射装置(BSRF)研制的高调制传递函数(MTF)高效率硬X射线探测器,针对该标本的特点,制定了最优化的硬X射线相衬CT扫描方案。用单色化的高能量X射线和高效率的探测器,避免辐射损伤,实现无损成像;用相干X射线的相位衬度和探测器的高MTF,实现高灵敏度成像;用高分辨率探测器、偏轴CT扫描和虚拟拼接等技术手段实现大视场且高分辨率的3D成像。再经过相位恢复、断层重建、数据融合和特定结构的虚拟分割,最终无损地获得了隐藏在琥珀内部的头骨的高分辨率高对比度的3D结构。
图为眼齿鸟头部CT重建图
精确的3D信息为科学家的研究奠定了基础。仅从头骨来分析,这种新发现的眼齿鸟非常原始,介于德国晚侏罗世最原始的始祖鸟和中国早白垩世有长尾的热河鸟之间。这可能表明,和这两个类群一样,眼齿鸟也有一条类似于非鸟类恐龙的长尾巴。
图为眼齿鸟头部复原图(绘图 韩志信)
虽然许多疑问还有待发现更多的古生物学证据,但眼齿鸟的尺寸和形态向人们展现了一类新的身体结构以及它所代表的生态学。这一发现凸显了琥珀沉积物有着揭示最小体型脊椎动物的潜力。“由于眼齿鸟标本只有头部,其分类还存在一定的不确定性。我们将继续在缅珀中搜索,希望在未来可以找到更完整的个体,揭开眼齿鸟的全部秘密。”邢立达表示。
记者:周飞飞
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