带羽毛的恐龙可以像鸟儿一样飞翔吗？

作者：陈孝政、泮燕红 （中国科学院南京地质古生物所）

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

鸟类的起源问题曾经是古生物学界长期争论的焦点之一。羽毛是鸟类区别于其他生物的重要特征，最近二十多年来，由于中国一系列带羽毛的恐龙和早期鸟类化石的发现，为鸟类起源于恐龙的学说提供了强有力的证据。

鸟类起源于恐龙已经成为科学界共识（图片来源：网络）

然而，带羽毛的恐龙跟真正的鸟类有哪些关键的区别？它们是否可以跟鸟类一样自由飞翔？这些问题，仍然吸引着科学家甚至公众的兴趣，问题的答案，也许就藏在化石的微细结构——甚至是分子结构中。

今天我们故事的主角，就是生活在侏罗纪的近鸟龙。

近鸟龙是迄今发现的最早的带羽毛的恐龙之一，过去对其功能形态学的分析指示其具有一定的飞行能力，但是由于缺乏直接的证据，因此对其飞行能力的推测一直存在争议。

近鸟龙化石，可见其前肢和后肢均长有长羽毛。

1月28日，由中国科学院南京地质古生物研究所泮燕红博士等完成的题为“羽毛分子演化的化石直接证据”的研究成果，在线刊登在《美国科学院院报》（PNAS）上，为探讨早期羽毛的演化提供了重要的分子生物学证据。

该研究显示，以近鸟龙为代表的带毛恐龙虽然可能具备了一定的飞行能力，但其羽毛的分子构成还不足以支撑与鸟类类似的飞行。

近鸟龙：“什么，你说我长了翅膀也飞不过鸟？” （图片来源：网络）

现代鸟类的飞羽主要由β-角蛋白构成，这一结构蛋白赋予其特殊的生物力学属性（如柔韧性、弹性和强度），从而能够适应飞行的需要。然而，鸟类祖先的羽毛是否也具有同样的蛋白组成和结构呢？

对这一问题的解答不仅可以揭示早期羽毛分子演化的过程，而且还能为研究带羽毛恐龙的飞行能力提供新的线索。

羽毛演化的几个过程（图片来源：网络）

研究人员利用多种现代超微结构检测技术、原位元素分析和免疫学的方法，对产自我国侏罗纪地层（距今约1.6亿年前）的近鸟龙的羽毛化石开展了深入的研究和对比。

鉴于β-角蛋白形成的构架纤维直径通常只有3纳米左右，而α-角蛋白构架纤维直径通常可达8-10纳米，科研人员采用高分辨率的扫描电镜和透射电镜分析，对多种化石羽毛的微细结构进行了观察和对比。

现生鸟类羽毛（左）与近鸟龙前肢羽毛（右）的超微结构对比，可以发现近鸟龙羽毛除了短而细的结构纤维外，还存在很多更粗壮的结构纤维，也就是α-角蛋白。

此外，他们还进一步通过化学元素和免疫学分析（包括免疫荧光和免疫电镜）进行原位检测，用以区分不同类型的角蛋白。

现生鸟类羽毛（上）与近鸟龙羽毛化石（下）的免疫生化特征，它们都可以被免疫荧光染色。

研究结果显示，近鸟龙的飞羽主要由α-角蛋白构成，但同时还具有少量的β-角蛋白，不同于现代鸟类的羽毛构成。

运用分子生物学方法，科研人员还进一步探究了1.3亿年前始孔子鸟、1.25亿年前燕鸟等多种原始鸟类的羽毛结构。结果表明，越靠近现代的鸟类，飞羽中β-角蛋白含量越高。对一件距今2千多万年前的鸟类飞羽化石的研究发现，羽毛分子结构已经和现生鸟类完全相同。

雌雄孔子鸟化石，标本现藏于南京古生物所。

这些结果表明，近鸟龙的羽毛在蛋白分子的构成上，代表了早期羽毛从不适于飞行向现生鸟类羽毛演化的过渡类型。

中生代恐龙和鸟类系统树揭示羽毛分子结构的重要演化阶段。

该项研究同时也彰显了整合形态学、发育学和分子生物学多学科数据和研究对探讨重大生物演化事件的重要性。

一般认为构成生物体的有机大分子随着降解过程的发生，原本稳定的化学键被破坏从而不复存在。但随着近年来各种分析技术的发展，越来越多的大分子化石被发现，为我们了解化石及其代表的生物和环境意义提供了更多纬度的信息。

随着学科的交叉和技术的进步，传统的古生物学研究，也将由此焕发新的生机。

博物馆里的已经研究过标本仍然具有重要研究潜力！所以，请善待每一件化石！

中科院古脊椎动物与古人类研究所周忠和院士、临沂大学郑晓廷教授、美国北卡罗来纳州立大学Mary Schweitzer教授及其团队成员参加了本项研究。相关研究工作得到了中国科学院、国家自然科学基金委等的支持。

本文由中国科学院战略性先导科技专项（B类）“关键地史时期生物与环境演变过程及其机制”项目支持，中科院南古所创作。