“隱藏的寶石”恐龍皮膚化石揭示了羽毛進(jìn)化的驚喜

羽毛強(qiáng)壯而輕盈，美麗且結(jié)構(gòu)精確，是脊椎動(dòng)物有史以來(lái)最復(fù)雜的皮膚附屬物。

盡管人類一直在玩羽毛自史前以來(lái)，我們?nèi)匀挥泻芏嗖涣私獾牡胤健?/p>

我們新研究發(fā)現(xiàn)一些最早有羽毛的動(dòng)物也有像爬行動(dòng)物一樣的鱗片狀皮膚。

繼第一個(gè)羽毛首次亮相之后恐龍,中華龍鳥(niǎo)（Sinosauropteryx prima）在1996，一連串的發(fā)現(xiàn)描繪了一幅越來(lái)越有趣的羽毛進(jìn)化圖景。

我們現(xiàn)在知道很多恐龍還有它們的飛行表親，翼龍，有羽毛.過(guò)去，羽毛的形狀更多——例如，絲帶狀羽毛在恐龍和滅絕的鳥(niǎo)類中發(fā)現(xiàn)了擴(kuò)大的尖端，但在現(xiàn)代鳥(niǎo)類中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。今天只有一些古老的羽毛類型被鳥(niǎo)類繼承。

古生物學(xué)家還了解到，早期的羽毛不是為了飛行.早期羽毛的化石結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，身體分布稀疏，因此它們可能用于展示或觸覺(jué)感知。

翼龍化石表明它們可能扮演了在體溫調(diào)節(jié)中的作用和顏色圖案.

盡管這些化石令人著迷，但古老的羽毛只講述了羽毛進(jìn)化的一部分故事。其余的動(dòng)作發(fā)生在皮膚上。

今天鳥(niǎo)類的皮膚柔軟而進(jìn)化支持，羽毛的控制，生長(zhǎng)和色素沉著，與爬行動(dòng)物的鱗片狀皮膚不同。

化石恐龍皮膚比你想象的更常見(jiàn)。然而，迄今為止，只有少數(shù)恐龍皮膚化石在微觀層面上被檢查過(guò)。

這些研究，例如，2018 年對(duì)四種保存完好的皮膚化石的研究表明，早期鳥(niǎo)類及其近親恐龍的皮膚（腔龍）已經(jīng)很像今天鳥(niǎo)類的皮膚了。在類似鳥(niǎo)類的恐龍出現(xiàn)之前，類似鳥(niǎo)類的皮膚就已經(jīng)進(jìn)化了。

因此，要了解類似鳥(niǎo)類的皮膚是如何進(jìn)化的，我們需要研究在進(jìn)化樹(shù)中早期分支的恐龍。

我們的研究表明，至少一些有羽毛的恐龍仍然有鱗片狀的皮膚，就像今天的爬行動(dòng)物一樣。該證據(jù)來(lái)自一個(gè)新的標(biāo)本鸚鵡嘴龍，一只有角的恐龍刷毛狀尾巴上的羽毛。

鸚鵡嘴龍生活在白堊紀(jì)早期（約1.3億年前），但其氏族鳥(niǎo)鱗恐龍，在三疊紀(jì)時(shí)期（約2.4億年前）與其他恐龍分道揚(yáng)鑣。

在新標(biāo)本中，軟組織是肉眼隱藏的。然而，在紫外線下，鱗片狀皮膚會(huì)散發(fā)出橙黃色的光芒。皮膚保存在軀干和四肢上，它們是身體沒(méi)有羽毛的部分。

這些明亮的顏色來(lái)自二氧化硅礦物，這些礦物負(fù)責(zé)保護(hù)化石皮膚。在化石化過(guò)程中，富含二氧化硅的液體在皮膚腐爛之前滲透到皮膚中，以令人難以置信的細(xì)節(jié)復(fù)制了皮膚結(jié)構(gòu)。保留了精細(xì)的解剖特征，包括表皮、皮膚細(xì)胞和皮膚色素稱為黑色素體.

化石皮膚細(xì)胞與現(xiàn)代爬行動(dòng)物皮膚細(xì)胞有很多共同之處。它們具有相似的細(xì)胞大小和形狀，并且都具有融合的細(xì)胞邊界——這是只有在現(xiàn)代爬行動(dòng)物中才知道的特征。

化石皮膚色素的分布與現(xiàn)代鱷魚(yú)鱗片中的分布相同。然而，按照爬行動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)，化石皮膚似乎相對(duì)較薄。這表明化石鱗片在鸚鵡嘴龍在組成上也與爬行動(dòng)物鱗片相似。

爬行動(dòng)物的鱗片堅(jiān)硬而堅(jiān)硬，因?yàn)樗鼈兏缓环N皮膚構(gòu)建蛋白質(zhì)，即堅(jiān)韌的角質(zhì)β蛋白.相比之下，鳥(niǎo)類柔軟的皮膚由不同的蛋白質(zhì)類型組成，即角蛋白，角蛋白是頭發(fā)、指甲、爪子、蹄子和我們皮膚外層的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。

為了提供物理保護(hù)，薄而裸露的皮膚鸚鵡嘴龍一定是由堅(jiān)韌的爬行動(dòng)物式角質(zhì)β蛋白組成的。如果沒(méi)有羽毛作為保護(hù)，較柔軟的鳥(niǎo)類式皮膚會(huì)太脆弱了。

總的來(lái)說(shuō)，新的化石證據(jù)表明鸚鵡嘴龍在沒(méi)有羽毛的地方有爬行動(dòng)物式的皮膚。尾巴，保留了一些羽毛標(biāo)本，不幸的是，在我們的標(biāo)本中沒(méi)有保留任何羽毛或皮膚。

然而，其他的尾羽標(biāo)本表明一些類似鳥(niǎo)類的皮膚特征一定已經(jīng)進(jìn)化到可以將羽毛固定到位。因此，我們的發(fā)現(xiàn)表明，早期的羽毛動(dòng)物具有混合的皮膚類型，僅在身體的羽毛區(qū)域具有類似鳥(niǎo)類的皮膚，而皮膚的其余部分仍然是鱗片狀的，就像現(xiàn)代爬行動(dòng)物一樣。

這種分區(qū)開(kāi)發(fā)將確保皮膚保護(hù)動(dòng)物免受磨損、脫水和病原體的侵害。

接下來(lái)呢？

科學(xué)家需要探索的下一個(gè)知識(shí)差距是從爬行動(dòng)物式皮膚的進(jìn)化轉(zhuǎn)變鸚鵡嘴龍到其他羽毛較重的恐龍和早期鳥(niǎo)類的皮膚。

我們還需要更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究化石化過(guò)程本身。關(guān)于軟組織如何化石，我們還有很多不了解的地方，這意味著很難分辨化石中的哪些皮膚特征是真實(shí)的生物特征，哪些只是化石的人工制品。

在過(guò)去的 30 年里，化石記錄在以下方面讓科學(xué)家感到驚訝：羽毛進(jìn)化.未來(lái)羽毛化石的發(fā)現(xiàn)可能有助于我們了解恐龍及其親戚如何進(jìn)化飛行、溫血新陳代謝以及它們?nèi)绾蜗嗷ソ涣鳌?/p>

楊子霄，博士后研究員，科克大學(xué)學(xué)院和瑪麗亞·麥克納馬拉，古生物學(xué)教授，科克大學(xué)學(xué)院

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