鸟类飞羽精密构造如何演化而来？9900万年前羽毛化石研究揭秘

羽毛是鸟类征服天空的核心工具，核心中的核心则是飞羽的精密构造支撑和保障鸟类展翅飞翔。不过，受限于羽毛化石极难保存，飞羽的精密构造如何一步步演化而来的待解谜团，备受古生物学家关注。

中国科学家团队最近通过对缅甸晚白垩世(约9900万年前)琥珀中5件珍稀羽毛化石进行深入研究，既填补了羽毛演化史的关键空白，也为重建早期鸟类飞行能力的演化路径提供珍贵实证，并启示生物重要特征的创新往往通过“功能模块的渐进组装”实现。

本项研究的5件羽毛琥珀标本。(研究团队 供图)

这项破解鸟类羽毛超微结构演化问题的重要研究，由国家自然博物馆古生物研究团队联合中国科学院动物研究所等多家科研机构及高校的合作伙伴共同完成，相关成果论文近日在综合性学术期刊《科学通报》(Science Bulletin)上线发表。

论文共同通讯作者、国家自然博物馆裘锐副研究员表示，鸟类的飞羽由羽轴和两侧的羽枝组成，每根羽枝的两侧又分别具有两排羽小枝。其钩槽联锁机制与级联滑锁系统双重机制紧密结合，使飞行羽毛兼具超强抗撕裂能力与自修复功能。然而，鸟类飞羽的钩槽联锁机制与级联滑锁系统如何演化而来，此前始终缺乏直接证据。

论文第一作者、中国科学院动物研究所博士后王佳佳介绍说，相比页岩中保存的化石，中生代琥珀中保存的羽毛化石在成岩过程中发生的形变较少，具有保存超微结构的潜力。

研究团队对9900万年前的5件琥珀羽毛化石，首先使用有机溶剂进行表面局部处理，再利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜的聚焦离子束技术，对琥珀中保存的三维羽毛结构展开微米级解析，研究发现类型I、II羽毛两件突破性标本。

类型I羽毛的研究表明，羽毛从绒羽向飞羽的演化，是通过“基部形态改造”与“末端功能强化”的分阶段创新实现。

类型II羽毛是首次发现中生代的鸟类羽毛，虽然已具有和现代鸟类飞羽相似的宏观特征，但与空气动力学相关的细节特征尚有区别。

研究团队还在一件无羽轴的游离羽枝标本的近端羽小枝末端背侧发现结节，成为迄今最古老的羽毛级联滑锁系统实证。

本项研究提出的多阶段羽毛演化的修订模型。(研究团队 供图)

基于本次研究的系列新发现，研究团队提出羽毛演化的多阶段修订模型：最原始的单根细丝状羽毛；多分支、无羽轴的羽毛；羽小枝先出现假说和羽轴先出现假说；羽轴极细、羽小枝具结节但基部“L”形化的过渡形态；羽轴增厚但无羽小钩；羽轴增厚，出现羽小钩；反鸟类的空气动力学效率较低的不完全优化飞羽；今鸟类的现代高效飞羽。

研究团队在观察羽毛化石超微结构的同时，还发现大量在羽小枝中呈原位保存的黑素体。

论文共同通讯作者、中国科学院动物研究所白明研究员指出，本项研究不仅发现呈原位保存的黑素体，还通过分析黑素体大小、形状及其三维排列，揭示这些化石羽毛的原始色彩：类型I羽毛因特殊黑色素体层状排列可能呈现“黑色带红色光泽”；类型II羽毛为单调的深灰色或“企鹅式纯黑”；游离羽枝则为普通灰色。

标签：