书城科普读物探究式科普丛书-天空的自由飞翔者:鸟
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第1章 漫漫长路——鸟的进化与演变

鸟类对我们来说并不陌生,因为我们一年四季都能看到它们的身影。在我们的记忆里,鸟类通常是带有羽毛、能够生蛋的动物,并且它们能用蛋来繁殖后代,有极高的新陈代谢能力,其中大部分的鸟都是可以飞的。但是,是不是这样就理解了鸟的全部呢?肯定不是。因为,关于鸟的知识还有很多很多!

第一节扑朔迷离——鸟的起源

虽然我们见过各种各样的鸟,但是,如果要你说出鸟是什么时候出现的,或许有点困难。其实,探究鸟的起源要从侏罗纪时期开始呢!但是,对于爬行类和鸟类的始祖究竟是什么生物,在古生物学家中仍存有争议。

1.始祖鸟

曾经有一个阶段,人们对最早出现的鸟是什么鸟一直争论不休。其中始祖鸟是争论最大的话题之一。那么始祖鸟是不是世界上最早出现的鸟呢?它和现在的鸟有什么区别呢?

如果说人类认识鸟类是从现代的鸟类开始的,那么,谱写鸟类进化历史关键一环则是始祖鸟。因为只有在始祖鸟化石出现之后,才使鸟类的原始定义得以产生——体披羽毛,骨骼中空,牙齿退化,尾巴骨骼愈合,是一类会飞行的脊椎动物。其中特别是羽毛这一特征,难得地被保留下来,也就成为鸟类与其他脊椎动物特征的重要区别。

不过,关于始祖鸟的看法,人们恐怕还是简单理解为最早出现的鸟化石。而在学术上始祖鸟之所以能引起科学家的重视,是因为它的骨骼构造结合了爬行动物和鸟类的特点于一身,这表明它是爬行类过渡到鸟类的中间代表。但是它是不是鸟类的祖先呢?经科学家的判断,虽然它具有爬行类和鸟类的特征但是它仍然不是鸟类的祖先。至于鸟类的祖先是什么的问题还有待进一步研究!

最早发现的一枚始祖鸟化石,是1861年9月,在德国出土的,至今已经过去100多年了。它的发现地是在德国的巴伐利亚省的索伦霍芬,地层时代是晚侏罗纪(距今大约是1.45亿年左右)。第一枚始祖鸟化石的形态保存很差,只有一根单羽毛。因为人们知道现代的鸟是长羽毛的,于是就这一根羽毛化石产生了举足轻重的意义与反响,目前这件标本保存在德国前东柏林博物馆,至今很少看到关于它的报道和照片,仅在1861年有过关于它的报道。

第二枚始祖鸟化石是在1861年9月30日发现的,这件标本基本还算完整,只是头骨不全,头后的骨骼还很完整,并且还有羽毛的印痕,形态栩栩如生,它就是“印石板始祖鸟”,现在保存在英国自然历史博物馆中。

第三枚始祖鸟标本发现于1877年,保存最完整,要比第二枚小很多,大约是第二枚的十分之一,现保存于德国柏林博物馆。

第四枚标本的发现相距以前三枚相隔时间较长,是大约一个世纪之后的1956年,标本也是没有头骨,地点和第二枚几乎是在同一位置。

第五枚始祖鸟化石是在1877年发现的,之后的历史稍微有些曲折。由于这件标本保存得不十分理想,有些特征保留缺失,再加之当时鸟类的标本可用于对比的实在太少,以及对化石鸟类认识还处在不断积累的过程和对鸟类认识的初级阶段,所以,刚出土时竟把它错认为翼龙化石。因为,在侏罗纪晚期的翼龙也是长着牙齿,而且尾巴还没有消失。

第六枚标本有着与第五枚相似的经历,发现在1961年,要在第五枚之前,但由于标本上没有明显的羽毛印痕,开始被认为是小型的食肉恐龙。所以由此也可以看出,对早期鸟类的认识,羽毛的特征是至关重要的;其次,在早期鸟类的身上还有很多食肉恐龙的特征保留。这种误会一直延续到1973年才被更正。

第七枚始祖鸟化石发现的日子就更近了,是在1987年才出土,和第六枚标本相似,也是缺少羽毛的印痕,直到1988年才被报道。

这就是有关始祖鸟化石从始至今的全部发现过程。但是,这些还存有争议,不能作为鸟类祖先的充分证据。

2.孔子鸟

孔子鸟的个体与鸡的大小差不多,其特点是颌骨无牙齿,取而代之的是角质啄;肱骨近端有一大的气囊孔,第一指骨爪特别强大而尖利,第二指骨爪收缩;胸骨较大,呈片状并有一短的后侧突;趾骨远端没有趾骨脚,并且尾椎骨缩短,基本形成尾综骨等,这些都是始祖鸟所没有的进步性状。

孔子鸟是在我国境内发现最早的鸟类化石。自20世纪90年代以来,大量的鸟类化石在我国境内被发现,较为有名的是孔子鸟类群,包括孔子鸟、辽宁鸟、始反鸟和辽西鸟等,对早期鸟类的研究作出了重大贡献。1996年末至1997年春,国际上众多的新闻媒体相继报道了中国辽宁省发现的原始“鸟类”化石——孔子鸟。孔子鸟的形态与始祖鸟有许多相近的特征:头骨没有完全愈合,肱骨比桡骨长,手上长有3个带爪的指等。但是,从进化的角度来看,孔子鸟的形态特征比始祖鸟显得进步得多,生活时代也应该比始祖鸟晚。孔子鸟大约生活在侏罗纪晚期到白垩纪早期。

1994年以后古生物学家们云集辽西,数以万计的鸟类化石源源不断地被发掘出来。全世界古生物学家几乎都把目光投向了这块宝地。此时,对鸟类的研究已经进入一个新的阶段,甚至有的科学家还认为鸟类的起源就在中国。

3.鸟与恐龙

还有一些学者把鸟的起源与恐龙联系起来,认为恐龙也可能是最早的鸟类雏形。最早提出鸟类与恐龙有亲缘关系,是在19世纪60年代末期,达尔文进化论的扞卫者赫胥黎在一次圣诞晚宴中,猛然发现他吃剩的火鸡骨头与他正在研究的兽脚类恐龙中的巨齿龙的骨骼十分相似。

于是他在1870年伦敦地质大学会上首次提出了鸟类与肉食性的兽脚恐龙有亲缘关系的理论。他用巨齿龙和鸵鸟的后肢相比较,指出它们之间存在的35种共同特征。但是他的推论立即遭到某些古生物学家的反对。

然而1996年,激动人心的时刻到来了,发现了长有羽毛的恐龙,为鸟类与恐龙有亲缘关系的说法奠定了基础。鸟类与恐龙有亲缘关系的说法再次引起了热烈的讨论。

后来,在辽宁省发现了被命名为“中华龙鸟”的长有羽毛的动物化石。之前,在同一地点与层位也曾发现闻名于世的恐龙鸟化石。

“中华龙鸟”的动物特征是:背部长有长毛,头较大,口中长有牙齿,并且还有一条长长的尾巴,后腿非常粗壮有力。经过多国古生物学家特别是中国古生物学家对其骨骼形态深入细致地研究,发现这应是一种兽脚类恐龙。其实,说它是兽脚类恐龙还不如称它为“中华龙鸟”更为合适。

从上面的介绍我们可以看出,关于鸟的进化起源还尚不能下定论。但是,目前大多数古生物学家都认同始祖鸟是最早出现鸟类的说法。因为,在对始祖鸟的考察中我们发现了许多与现代鸟类相同的特征,这也说明了鸟类的演化是一个漫长的过程。如果鸟的祖先真的是始祖鸟的话,那么,它又是怎样一步步演变而来的呢?

第二节乘空翱翔——鸟的演变

通过上面的介绍我们知道,鸟类的起源是和爬行类动物有密切关系的。后来,经过相关专家研究,鸟类的确是由古爬行类进化而来的一支适应飞翔生活的高等脊椎动物。

它们的形态结构和许多爬行类动物相同外,也有很多不同之处。这些不同之处一方面是在爬行类动物的基础上有了较大的发展,具有一系列比爬行类动物高级的进步性特征,如有高而恒定的体温、完善的双循环体系、发达的神经系统和感觉器官以及与此有关的各种复杂行为等;另一方面为适应飞翔生活而又有较多的变化,如身体呈流线型,体表披羽毛,前肢特化成翼,骨骼坚固、轻便而多有闭合,有气囊和肺,气囊是供应鸟类在飞行时有足够氧气的器官。气囊的收缩和扩张跟翼的动作协调。两翼举起,气囊扩张,外界空气一部分进入肺里进行气体交换。另外大部分空气迅速地经过肺直接进入气囊,未进行气体交换,气囊就把大量含氧多的空气暂时贮存起来。两翼下垂,气囊收缩,气囊里的空气经过肺再一次进行气体交换,最后排出体外。

这样,鸟类每呼吸一次,空气在肺里进行两次气体交换,可见,气囊没有气体交换的作用,它的功能是贮存空气,协助肺完成呼吸作用。气囊还有减轻身体比重、散发热量、调节体温等作用。这一系列的特征,使鸟类具有很强的飞翔能力,能进行特殊的飞行运动。

由于鸟类在形态构造方面有上述一系列的高级特征,又有很强的飞翔能力,能进行快速的飞行运动,使之种类繁多,遍布全球,成为脊椎动物中仅次于鱼类的动物第二大纲。