中科院科學家發表鳥類起源綜述

Posted 2022-12-31 起源

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中科院科學家發表鳥類起源綜述

2014年12月12日出版的美國《科學》雜誌刊登了中科院古脊椎動物研究所的徐星、周忠和等撰寫的有關鳥類起源研究的綜述文章，對這一熱點研究領域近年來取得的重要進展進行了全面總結，指出恐龍向鳥類的轉化已成為論證最詳實的主要演化事件之一，並提出整合性方法將是未來研究的發展方向。

保存睡眠姿態的恐龍寐龍

具兩套尾羽的長尾的熱河鳥濟讚堂供圖

侏羅紀的帶羽毛恐龍濟讚堂供圖

近年來，傳統古生物學越來越多地和以發育生物學為代表的現代生物學結合，探討重要的演化問題。在鳥類起源研究領域，也出現了整合不同學科資訊，探討鳥類主要特徵演化規律的嘗試。徐星研究員應《科學》編輯Sacha Vignieri博士邀請，聯合包括美國國立衛生研究院和南加州大學的發育生物學家Susan Mackem博士和鐘正明博士、加州大學伯克利分校的生物力學家Robert Dudley博士等，組成一個多學科團隊，對用整合性方法探討鳥類起源的研究進行了全面分析。

鳥類起源研究和達爾文進化理論的發展密切相關，1861年始祖鳥化石的發現為連接爬行動物和現代鳥類提供了關鍵證據，為進化論提供了最直接的支持。1868年，英國生物學家Thomas Huxley在前人研究的基礎上，提出了鳥類起源於爬行動物當中的恐龍的假說。從上個世紀70年代開始，在美國耶魯大學教授John Ostrom等人的努力下，人們在世界各地發現了大量化石證據，支持鳥類起源於手盜龍類恐龍的假說，並使得這一假說成為了有關鳥類起源的主流假說。

盡管如此，這一假說還面臨一系列問題，存在一些薄弱環節，其中最主要的問題包括‘時間悖論’問題(即從化石地層分布上，手盜龍類恐龍化石晚於最早鳥類化石的出現，導致了祖先和後裔在出現時間順序上的矛盾)、一些重要結構的‘同源問題’(比如，如果鳥類源自手盜龍類，那麼現代鳥類的三個翼指在同源上應該和手盜龍類的三個手指是一樣的，但來自發育學和古生物學的資料在這一同源判斷上存在矛盾)以及羽毛和飛行的起源問題。

在過去的20年中，古生物學家們在中國新疆準噶爾盆地、內蒙古東南部和遼寧西部以及德國和俄國西伯利亞侏羅系地層中，在中國東北地區、蒙古戈壁地區、北美、南美以及非洲的白堊系地層中發現了大量化石，為鳥類恐龍起源說提供了一系列新證據，推動了上述問題的解決，鳥類起源從時間框架上、從主要結構的轉化上以及從功能演化上，已經有大量系統性證據的支持，恐龍向鳥類的轉化已經成為了支持度最高的主要演化事件之一。

古生物學的研究進展同時激發了包括發育生物學等其他學科的學者對於鳥類起源研究的興趣，他們從各個角度探討鳥類主要特徵的起源和演化規律，進一步完善了我們對於鳥類起源的理解。通過對來自包括古生物學在內的各個學科的新證據的分析，徐星等指出，鳥類的主要特徵，包括羽毛、飛行、快速生長模式以及獨特的生殖方式和生理特徵，實際上經歷了一個漫長的演化過程。許多特徵在獸腳類恐龍的演化早期，甚至在主龍類的演化早期，已經開始出現，其中一些特徵遠在鳥類出現之前，已經演化到接近現代鳥類的水平，另外一些則在鳥類冠類群出現時才完成。不過，在某些演化階段，鳥類特徵的演化速度明顯加速，一些重要特徵的演化相關性明顯；同時，鳥類特徵還體現出明顯的鑲嵌演化現象，呈現出一個非常復雜的模式。

採用整合性方法研究鳥類起源的一個重要例證來自對鳥類翼指演化的研究。手盜龍類恐龍和現代鳥類都有三個手指，如果二者存在祖裔關係，那麼他們的三個手指應該是同源的。經典胚胎學研究顯示，現代鳥類的三個翼指相當於我們人類手部的中間三個手指(即II-III-IV同源假說)，但恐龍化石證據則顯示，手盜龍類恐龍的三個手指應該是內側三個手指(即I-II-III同源假說)，這樣就產生了同源判斷上的矛盾，這一問題也成為了演化生物學上的一個經典悖論。近年來，古生物學和現代生物學家都試圖解決這一問題。非常意外的是，一方面，古生物學家發現了一些化石證據，顯示手盜龍類恐龍的三個手指有可能是II-III-IV手指；另一方面，發育生物學家發現了大量基因表達和其他發育學資訊，顯示出現代鳥類的三個翼指有可能是I-II-III手指。徐星等提出，只有綜合分析所有資訊，建立統一的平台，才能解決這一復雜的矛盾衝突。

在這篇綜述文章中，徐星等對於鳥類起源研究的未來發展方向提出了建議，強調整合的方法一定會推動我們對於許多問題的解決。徐星等一直在古生物學領域推動多學科交叉，用整合方法探討重要生物結構的演化，並取得了一系列重要成果。

鳥類主要特徵的演化

從演化生物學的最新發展來看，整合方法得到更多學者的重視。2013年7月，國際分子生物學與進化學會的21屆年會在美國芝加哥舉辦了題為「分子古生命科學：如何整合分子遺傳與化石資訊來提高演化生物學研究」的國際學術研討會，探討開展多學科交叉的創新性研究。為使大陸在國際上剛剛興起的「古今對話」演化研究領域占有一席之地，促進大陸演化生命科學的發展與躍進，2014年5月，在北京召開了以「古今對話：分子遺傳與古生物資訊的整合研究」為主題的香山科學會議第498次學術討論會。與會學者在古DNA研究、系統發育比較分析、重要生物結構演化以及重建生命之樹等議題上展開了熱烈討論，一致認為，從總體來看，演化生物學的整合研究依然處在一個早期發展階段，學科之間的交叉融合相對膚淺，未來的研究無論從研究內容的深入和拓寬上，還是研究方法的改進和創新上，依然有著巨大的空間。尤其需要指出的是，演化生物學正處在一個關鍵變革時期，有望取得重大理論突破。從學科發展來看，基因組學與古生物學是大陸少數幾個能與國際先進水平並駕齊驅的學科，這兩個學科的強強聯合，對增強大陸在具有國際競爭力的古生物學與基因組學這兩個研究領域創新能力，提高大陸的科研理論水平、提升國家在全球競爭中軟實力具有重要的作用。

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