小型兽脚类恐龙有多起近似飞行的独立演化事件。图片来源：香港大学

　　纽约自然博物馆，一处存放标本的仓库里，中科院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称古脊椎所）副研究员裴睿正在观察一份兽脚类恐龙化石。

　　他观察得很细致，用上了各式各样的测量工具，甚至会记录某种恐龙每只脚脚趾的摆放顺序。这些详尽的记录，有助于人们理解鸟类的近亲祖先怎样进化出飞行能力。

　　8月初，相关成果在《当代生物学》发表，裴睿为文章共同第一作者。

　　“先前的研究认为，只有少数鸟类的近亲祖先有近似飞行的动作，但事实上，这一范围比我们预想得更大。”论文通讯作者、香港大学研究助理教授迈克尔·皮特曼告诉《中国科学报》，真正演化出飞行能力前，已经有许多鸟类的祖先在尝试拍打翅膀。

　　　重建演化树 

　　加入古脊椎所前，裴睿曾在香港大学从事博士后研究。彼时他已经收集了一定数量的兽脚类恐龙标本数据。

　　这些兽脚类恐龙大多体形中偏小，其中，驰龙科和伤齿龙科作为恐爪龙类，被认为是与鸟类亲缘关系最近的近亲，为更多人熟知的小盗龙即属于驰龙科。

　　在重建小盗龙类演化树时，裴睿注意到，随着演化继续，其体形有逐渐变小的趋势。

　　“于是我们在分析中又加了一些和形态功能相关的数据，包括前后肢比例、体重等，这些数据似乎暗示着另一个趋势：小盗龙类的飞行能力是逐步增强的。”裴睿意识到，这可能是一个独立的飞行起源事件。

　　为了厘清古生物发展脉络，研究者常常需要借助谱系演化树。但在兽脚类恐龙演化为真正鸟类的过程中，发生了许多平行演化事件。由于化石标定、特征选取时存在差异，一些演化树还存在模棱两可的地方。

　　比如，近鸟类是兽脚类恐龙的演化支之一，其又分为恐爪龙、驰龙和伤齿龙三大分支，在不同演化树中，这三个分支有不同的先后顺序。

　　为了尽可能避免不确定性，裴睿等人重建的演化树中，尽可能包含了所有小型兽脚类恐龙的数据。

　　他们与阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）的研究者合作，优化了演化谱系分析的工作流程，为不同的演化特征赋予不同权重，以避免平行演化中出现模棱两可的分析结果。

　　最终，研究小组确定了近鸟类是否有飞行潜力的两项关键指标：翼负荷与起飞动力，前者决定了动物个体是否能持续飞行，后者即拍打翅膀时产生的力量，决定能否使动物离地。

　　　三个突破 

　　对古生物研究者而言，探寻动物演化的一大障碍是无法亲眼见到过往真实场景。“我们无法看到动物怎样做一个动作、能达到怎样的效果。”裴睿表示。

　　一个迂回的办法是将古生物标本数据与现生动物做对比。研究小组同样采集了现生鸟类的翼展长度、体重等数据，包括会飞的鸟类和不会飞的鸟类，并依据会飞鸟类的数据反推出翼负荷与起飞动力，将之带入演化树中比对。

　　文章中，以现生的鸟类为参考标准，如果化石物种的翼负荷超过2.5克每平方厘米、起飞动力超过9.8牛顿每千克，才能算通过研究者设置的飞行门槛，即拥有主动飞行的潜力。

　　结果显示，除了广义的鸟类——鸟翼类，还有两类物种通过了门槛，即驰龙科下属的小盗龙和胁空鸟龙。

　　在其他物种中，研究者也观察到了主动飞行潜能的迹象，如长羽盗龙、晓廷龙等。

　　“它们至少已经突破了一项指标，可能已有类似主动飞行的动作，它们在以自己的方式适应生存环境。”裴睿说，大部人认为，恐龙的飞行能力是有限的，但动物的潜力超出人类想象。

　　如果观察一只鹦鹉的运动行为，会发现在攀爬树枝时，其前后脚趾的摆放顺序会发生变化。“有时是一个脚趾在前、三个脚趾在后，有时是两前两后，有时三前一后，会根据场景的不同灵活运用身体的结构。”裴睿表示。但在古生物研究中，一般只会根据某种动物的化石形态，推测其脚趾最可能的单一运动方式。

　　此外，在现生鸟类中，研究者还观察到一个动作：鸟类一边拍打翅膀、一边沿着斜坡向上奔跑，这种接近飞行的举动也很可能存在于小型兽脚类恐龙中。

　　“接下来，我们会深入研究这些非鸟类拍打翅膀的有趣现象，并找到更多恐龙未能真正飞起来的原因。”皮特曼总结道。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.105