鸟类起源：美到上天的恐龙

裘锐

近些年来，恐龙向鸟类演化的研究取得了很大进展，但原始羽毛的功能还存在争议。古生物学家通过扫描电镜对恐龙羽毛化石进行显微观察，在恐龙的羽毛里发现了黑素体的残留。这一发现不仅从微观水平证明恐龙和鸟类羽毛结构的同源性，我们还能将化石中的黑素体与现代鸟类进行比较，从而复原恐龙活着时候的身体颜色。我们发现一些恐龙的羽毛不仅颜色丰富，而且具有彩虹光泽。古生物学家推测，可能羽毛最早出现是为了求偶，而不是用于飞行。

鸟类起源于恐龙

鸟类在我们的日常生活中随处可见，现生鸟类已经发现了超过1万种。除了鸵鸟、鸸鹋等少数鸟类，绝大多数鸟类都具有飞行能力，而且身披华丽的羽毛。长期以来，鸟类起源于哪一种动物？它们是如何演化出羽毛并获得飞行能力的？这些问题吸引着一代又一代的古生物学家和生物学家。

19世纪末，古生物学家在德国索伦霍芬的晚侏罗世地层发现了几块长相奇特的化石。它和现代鸟类一样长着羽毛，但和现代鸟类不同的是，它嘴里还长着牙齿，翅膀上还有爪子，同时还有一条长长的骨质尾巴。古生物学家认为，这些化石代表了爬行动物向鸟类演化的过渡阶段，因此将其命名为始祖鸟。那么鸟类究竟起源于哪一类爬行动物呢？半个世纪以来，古生物学家在世界各地，特别是中国的东北地区，发现了大量和鸟类起源相关的恐龙物种。通过对这些化石的研究，科学界基本公认鸟类是由恐龙演化而来的。

恐龙的羽毛不是用来飞行的？

但是在对这些恐龙的羽毛进一步研究后，又一个问题出现了——和鸟类关系最近的恐龙，它们的羽毛结构已经和现代鸟类的正羽非常接近，羽毛由羽轴和羽片组成。而较原始一些的恐龙，它们的羽毛结构简单，就像绒毛一样，更原始一些的恐龙羽毛结构就像我们的头发，是单根细丝状的。这些原始的羽毛明显是无法用于飞行的。古生物学家对恐龙羽毛进一步的研究发现，恐龙的羽毛化石里还有角蛋白的残存。动物的角蛋白拥有α-角蛋白和β-角蛋白两种结构，鸟类羽毛主要由β-角蛋白组成，还有少数α-角蛋白。恐龙的羽毛以α-角蛋白为主，少数β-角蛋白。由于α-角蛋白无法提供足够的柔韧性和强度来支持飞行，说明很多恐龙的羽毛即使外形上和现代鸟类接近，但其微观结构强度上还无法支持飞行。这些研究结果都显示，大部分恐龙的羽毛一开始的出现肯定不是用于飞行。

既然不是用于飞行，那么为什么一些恐龙的鳞片会演化成羽毛呢？地质学家发现，恐龙生存的中生代虽然整体温度较为温暖，但在长达1.6亿年的时间段里也有几次延续时间很短的气温下降时间。因此，恐龙演化出羽毛很可能是用于保暖，就如同动画电影《冰河世纪》里的猛犸象、披毛犀一样。但这些冰河时期的动物毛发形态单一，而恐龙的羽毛形态则十分多样。

色彩缤纷的恐龙

为了研究恐龙的羽毛，古生物学家使用了扫描电镜，这是一种能把标本放大到纳米级别以进行观察的科研设备。在放大10万倍后，古生物学家在恐龙的羽毛化石中发现了一种称为黑素体的显微结构，这是一个非常轰动的发现。自然界的动物有着各种各样的颜色，颜色形成的原因有两个：一种是色素色，动物体内有不同颜色的色素，使动物表现出各种各样的颜色，人类的头发里就有黑色素，衰老之后黑色素逐渐减少，头发就变白了;另一种是结构色，它是通过生物本身的显微结构，使光发生折射、漫反射、衍射或干涉等形成的颜色，蝴蝶翅膀的美丽颜色就是这样形成的。鸟类的羽毛颜色既有色素色的成因，也有很多是结构色，尤其是像翠鸟、蜂鸟那样美丽的羽毛光泽。鸟类羽毛结构色形成的决定因素就是黑素体，不同形状的黑素体在羽毛中不同的排列顺序使得不同种类的鸟类拥有不同的颜色和光泽。在恐龙羽毛化石中发现的黑素体在亚显微结构上证明了恐龙和鸟类羽毛的同源性。而且古生物学家想到，既然鸟类羽毛的颜色和黑素体的形状和排列相关，那么可不可以通过恐龙的黑素体来复原恐龙的颜色呢？

通過对恐龙羽毛显微结构的细致观察，古生物学家将一些恐龙羽毛中黑素体的形状和排列与现生鸟类的情况进行对比，成功复原了一些恐龙的羽毛颜色。近鸟龙是一种生存时间比始祖鸟还要早1000万年的带羽毛恐龙，前后足和尾巴都披覆着长长的黑白相间的正羽，而它的头顶则长着一撮红色的羽毛。中华龙鸟是最早发现的长有羽毛的恐龙，它的头部是白色的，眼部则是红棕色的，好像戴了一副面具。它的躯干和尾巴覆盖着红棕色的羽毛，尾巴则有白色的环带，尾巴和今天的小熊猫很像，一环一环的。中华龙鸟的腹部是白色的，这种上深下浅的颜色搭配有些像现代生活在开阔地带的动物，比如羚羊，而非生活在密林中的动物，因此推测它可能也是生活在开阔地带的。小盗龙是一种长着四个翅膀的恐龙，它全身的羽毛是乌黑的，具有类似家燕的蓝黑色光泽。彩虹龙是一种最近发现的具有四个翅膀的带羽毛恐龙，它全身的羽毛为黑色，在头颈部和胸部则存在类似现代蜂鸟的彩虹色光泽。

通过对显微结构的研究，古生物学家不仅复原了恐龙羽毛的颜色，还发现了一个非常有趣的现象，在近鸟龙、彩虹龙等恐龙的头颈处存在着鲜艳的顏色和光泽。现代很多鸟类具有鲜艳的羽毛，特别是一些鸟类的雄性个体，比如孔雀、极乐鸟、锦鸡等。在繁殖季，雄鸟往往展示着它们的鲜艳羽毛来吸引异性的注意。和这些利用羽毛炫耀的鸟类相似，恐龙的羽毛也具有鲜艳的颜色，很可能也具有同样的作用。根据这个现象，古生物学家推测，出于吸引异性的需要，恐龙的羽毛才演化出了美丽的颜色和正羽的形态。也就是说，恐龙羽毛的出现和演化，可能是性选择的结果。

恐龙羽毛的出现和形态的多样化，主要是性选择的推动作用，这些用于展示的羽毛最终转换为飞行的工具，很可能是自然选择的作用。现代鸟类用于飞行的羽毛，羽轴两侧的羽片是不对称的，这样的羽毛才能在飞行中具有空气动力学功能。早先发现的具有正羽的恐龙，如尾羽龙、近鸟龙等，它们的羽毛是左右对称的，也就是说，这些羽毛可能只具有展示功能，而不能用于飞行。近些年来，古生物学家发现，彩虹龙、小盗龙等恐龙的羽毛已经演化成不对称的形状。特别是彩虹龙的发现显示，在1.6亿年前恐龙可能就已经利用羽毛驾驭风了。像鸟类羽毛这样，一个生物结构因为一种原因演化出来，在演化过程中又向另一个方向演化的现象在自然界中是非常普遍的，比如我们人类中耳有三块听小骨，其中的两块（锤骨、砧骨）在爬行动物和鸟类中其实是下颌的一部分（称为方骨、关节骨），而在哺乳动物中，这两块骨头从下颌脱离，转变成了耳朵的一部分。

因为爱美，恐龙褪去了鳞片，换上了鲜艳的羽毛，又从简单的细丝状羽毛，转变为具有羽轴和羽片的正羽。后来可能是一些小型恐龙在树丛间跳跃时，发现它们美丽的羽毛可以用作滑翔的工具，因此，在后续的演化中，华丽的霓裳逐渐变成了驭风的翅膀，恐龙从滑翔进化出真正的飞行能力，鸟类也就此登上地球历史的舞台，并延续至今。

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生物演化中的性选择

提到生物演化，我们想到的一般是物竞天择，适者生存。但科学的发展逐渐证明了生物演化的推动力并非只有适者生存的自然选择，还有一个重要的推动因素便是美者生存的性选择。早在19世纪，达尔文就发现有一些特征对生物生存没有显著意义，甚至有一定损害，比如孔雀那夸张的尾羽、雄狮的鬃毛等。这些特征的出现无法用自然选择解释，达尔文认为这些特征可能与争抢配偶有关，拥有这些特征的个体，会有更多把自己基因传递下去的机会，这就是性选择理论的雏形。现代生物学进一步研究证实，生物个体对异性的特征的选择偏好会促使动物的演化，比如，铲齿象是一种已经灭绝的大象，古生物学家发现同一时期的铲齿象化石，雄性个体比雌性个体具有更多的进步特征，很可能是雌性更倾向于选择具有某些进步特征的雄性，在后续的演化中这些特征逐渐扩散到该种群的所有雌雄后代，推动了物种的演化。