始祖鸟化石的发现有何意义，始祖鸟化石证明了什么

这是一根保存完好的1.5亿年前的羽毛，也是人类首次发现这样的羽毛。1861年，在德国的一座采石场里，这根羽毛重见天日，同时带来了三个有争议的问题。经过多年潜心研究，现在科学家获得了关于这些问题的压倒性证据：它属于像鸟一样的恐龙，始祖鸟；这是一种被称为“初级覆羽”的翼羽；它原本的颜色是哑光黑。

供图：MUSEUM FüR NATURKUNDE BERLIN

撰文：MICHAEL GRESHKO 　　1861年，第一块已知的羽毛化石出土于德国一座石灰石采石场，自那之后，它成了古生物学的标志：它酷似现代鸟类的羽毛，却埋藏在古代岩石之中。　　这根1.5亿年前的羽毛是第一块与始祖鸟有关的化石；人们在附近的岩石里发现了一种有羽毛的恐龙，取名为“始祖鸟”（Archaeopteryx lithographica）。这种古代动物体型和渡鸦差不多，兼具鸟类和恐龙的特征，是进化过渡的范例，支持了查尔斯·达尔文的理论。　　一切源于此，这根羽毛可以算是同类化石中最著名的。而它也最具争议性，2019年的一项研究甚至指出，它根本不属于始祖鸟。　　问题不在于始祖鸟是否有羽毛：多年来，古生物学家发现了13具始祖鸟骨骼，其中很多都保留了羽毛的印记。真正的问题是，这根标志性羽毛是否属于始祖鸟，毕竟它为现代鸟类悠久的进化史提供了早期证据。　　现在，在国家地理探险家Ryan Carney带领下，研究人员正在进行迄今为止最全面的梳理，最终确定，这根羽毛属于始祖鸟。　　“通过文学作品，还有流行文化，（2019年的）错误研究广为流传，”南佛罗里达大学的古生物学家、数字科学家Carney说：“纠正大家的误解意义重大。”

侏罗纪时期的那根羽毛来自会飞的恐龙始祖鸟的左翼。这是3D重建的始祖鸟。

供图：RYAN CARNEY

羽毛之谜

今年是羽毛化石出土159周年。新的研究结果发表于《科学报告》（Scientific Reports），通过Carney的最新研究，我们可以全面了解始祖鸟：从它如何移动，到它的样子。

孩提时，Carney就对始祖鸟感兴趣了。大学里，他专门学习了3D建模，来重建始祖鸟；他甚至把羽毛融入了期末课题：为它做了音乐视频。在化石出土150周年之际，Carney在手臂上纹了化石纹身。对始祖鸟的热爱，让Carney成了这方面的专家。

2012年，身为布朗大学研究生的Carney主持了一项关于羽毛化石的研究，目的是辨别羽毛的颜色和它在始祖鸟翅膀上的具体位置。他发现，羽毛很有可能来自始祖鸟左翼上翼面，可以帮助支撑初级飞羽。研究团队还在高倍显微镜下观察羽毛，发现了化石色素，表明羽毛是黑色的。

那之后，还有几项研究也试图辨别羽毛的颜色和位置。2013年的一项研究指出，羽毛半黑半白；2014年的另一项研究则认为，羽毛的化石“色素”实际上是微生物化石。但最令人震惊的分析结果发表于2019年：美国科学进步基金会主任Thomas Kaye和香港大学的古生物学家Michael Pittman领导的研究团队，对羽毛与始祖鸟的关系提出了质疑。

研究人员借助扫描电子显微镜，分析了被称为“黑素体”的化石色素，确定羽毛并不是之前另一项研究声称的半黑半白，而是完全是哑光黑色，尖端颜色更深。研究员Ryan Carney将这跟羽毛纹在了自己是手臂上（右图）。

COMPOSITE OF FOUR IMAGES; MUSEUM FüR NATURKUNDE BERLIN, LEFT, AND RYAN CARNEY

2019年的研究用激光成像技术，在化石上看到微弱的化学“光晕”，对应位置是羽毛的羽茎，解剖学家称之为“羽管”。虽然19世纪60年代，人们还能在羽毛中看到羽管，而且当时的化石绘图中也有羽管，但标本磨损导致这一特征消失了。

此外，研究著者们还画出了羽毛的“中心线”，即一条曲线，从裸露的下羽根一直到覆盖着羽支的羽轴。他们发现，它的形状不同于现代鸟类羽毛样本，这些样本类似于Carney的团队在2012年鉴定的那些。

研究著者们认为，如果这块羽毛化石不属于这些羽毛，那它可能与始祖鸟的翅膀没有关系。相反，它或许属于另一种有羽毛恐龙。

跟踪曲线

现在，Carney和同事重复了2019年的分析，得出了相反的结论。

Carney的团队扩大了2019年研究中的鸟类羽毛对比范围，从而更好地解释为什么鸟类翅膀羽毛的形状千差万别。研究人员还追溯了羽毛化石的中心线，得到了一根不如2019年研究那么弯曲的曲线。新的中心线位于扩大后的羽毛形状范围之内，说明这根羽毛可能适合始祖鸟的翅膀。

为了进一步检测羽毛与假定主人之间的关系，Carney检查了已知唯一保存了羽毛上表面印记的始祖鸟化石，发现神秘化石的大小和形状与翅膀的羽毛匹配。

阿尔特木尔河附近出土的始祖鸟标本（图左）中包含羽毛的印记。研究团队把单独那根羽毛的扫描件放在翅膀上的假定位置，发现它的大小和形状与保存下来的初级覆羽完全吻合。

HELMUT TISCHLINGER (LEFT) AND COMPOSITE OF TWO IMAGES BY HELMUT TISCHLINGER (FOSSIL) AND RYAN CARNEY (FEATHER) (RIGHT)

而且，化石还保留了羽毛分枝倒钩的痕迹，它们附着在羽轴上，角度与羽毛化石里的那些几乎相同。“我很惊讶它们竟然如此相似，”Carney说。

研究团队还回顾了始祖鸟化石的出土地图。所有已知的骸骨都是在德国南部索尔恩霍芬地区的石灰石采石场被挖掘出来的，这片地区约64公里宽。羽毛化石的发现地点，距离13块已知始祖鸟化石中的4块，不到2.4公里。更重要的是，这5块化石的形成时间跨度约16.5万年。这在地质学上只是一瞬间，在今天的中国，一些有羽毛恐龙已经存在了几百万年。

“在我看来，那张（地图）就像一下子有了定论，因为那片地区的其他恐龙……都没有高级的翼羽；在鸟类和恐龙身上，这些是最高级的羽毛，”Carney说。

这是采石场的地图，其中标出了5个始祖鸟样本出土的地方，单根羽毛的发掘地点就在这附近。

供图：PETER WELLNHOFER, FROM ARCHAEOPTERYX: THE ICON OF EVOLUTION, 2009

Carney不同意2019年的研究对羽管的描述，而Pittman也表示不认可新研究的描述，以及之后的所有分析。他把羽毛的羽管和羽轴比作一根撑竿：即便是底部角度微小的改变，也会导致整体曲率的重大变化，尤其是最远的尖端。

“我们对下游分析进行评论，其实不太合理，因为如果定位错了，如果测量的是其他特征，那么其他东西都会出错。”

Pittman说，他和合著者正在起草对Carney研究的回应。如果Carney自己的回应文章有缺陷的话，那么新的研究结果肯定不能算最终结论。

但Carney确信这个羽毛化石属于始祖鸟，他现在把注意力转向了如何使用羽毛。在2016年的博士论文中，Carney用计算机模型和X射线分析了现在的鸟类和短吻鳄，来证实始祖鸟可以扇动翅膀，靠自己的力量飞行。他和他的学生目前正在通过重建始祖鸟的飞行，继续这项研究。Carney表示，明年将会发表完整的研究结果。

Carney说，长远来看，他对重建始祖鸟的血肉和骨骼很感兴趣：不仅仅是骨骼，还有肌肉、皮肤，甚至是他作为个人象征的黑色羽毛。

“我希望它完美无缺，”Carney说：“它一定是完美的。”

（译者：Sky4）

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