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全球首次發現三維翼龍胚胎

哈密翼龍生態復原圖。新華社發

科研人員展示哈密翼龍蛋及胚胎化石模型和哈密翼龍復原圖。新華社記者 王菲攝

翼龍蛋化石(右)。新華社發

哈密翼龍復原圖。趙闖繪/光明圖片

翼龍下頜骨化石。新華社發

看到鳥兒在天空飛翔,你會想到在我們生存的地球上,哪種脊椎動物最早在天空飛翔嗎?

最新的發現與研究表明,最早在天空飛翔的是我們都知道的一種動物——恐龍。在這個龐大家族里,有一類始終占據著天空,它們自由地在藍天白云間飛翔。它們有的大如飛機,有的小如麻雀。時而棲息在樹梢上閉目養神,時而快速掠過湖面捕食魚蝦。它們成群結隊在天空中翩翩起舞,追逐嬉戲,俯瞰著大地上的萬物生靈。

它們叫翼龍,一類非常奇特的最不像爬行動物的爬行動物。它們比鳥類早七千萬年成為天空的霸主,統治著藍天這片“領地”。

12月1日,《科學》(Science)雜志在線發表了中國與巴西科學家組成的國際科研團隊對新疆哈密翼龍胚胎化石與翼龍蛋發現研究的成果,這是全世界首次發現三維翼龍胚胎。

翼龍曾在恐龍橫行的中生代稱霸天空長達1.5億年,后隨恐龍一同滅絕。因其飛行的需要,演化出纖細中空的骨骼,因此保存下來的翼龍化石很少,翼龍蛋和胚胎化石更是罕見。此次中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、中國科學院大學汪筱林研究員領導的新疆哈密科考隊,經過十余年艱苦的野外科考,在哈密戈壁下的白堊統地層中,發現并搶救性采集了近300枚翼龍蛋、胚胎和骨骼化石,其中有16枚翼龍蛋含有三維立體的胚胎化石,這為古生物學家研究翼龍的胚胎和生殖發育提供了強有力的證據。

在對新發現的化石進行顯微修理或CT掃描后,汪筱林團隊與巴西古生物學家團隊得出了一些新的假設——

翼龍具有群居的生活習性

汪筱林率領的科考隊十多年如一日,在新疆哈密考察了上千平方米的戈壁大漠,厘定了翼龍及恐龍化石的分布范圍、富集和埋藏規律。其中,翼龍化石主要產自一套夾有紅色泥巖礫屑的風暴沉積的灰白色湖相砂巖中。富集翼龍蛋和頭骨等骨骼化石的風暴事件沉積層厚度大約在10至30厘米之間。在2.2米的剖面上,有8層富含翼龍化石,其中4層含有翼龍蛋化石。

這次研究的標本由3塊可以互相連接的砂巖塊組成,出露面積約3.28平方米,已經暴露的翼龍蛋化石就有215枚,包括下伏沒有完全暴露的翼龍蛋,數量可能更大。同時還有10多個頭骨和下頜,以及數量眾多的頭后骨骼。

在這件令人震撼的精美化石標本上,包括野外采集時散落的含有胚胎的蛋化石,目前已經確認的含有胚胎的翼龍蛋共有16枚。

汪筱林認為,如此大規模的翼龍化石與翼龍蛋化石集中在一起,是因為哈密翼龍化石埋藏在早白堊世湖泊風暴沉積中。雖然目前還沒有發現完整的化石骨架,但已發現大量的完整頭骨和下頜,而每一塊分散保存頭后骨骼都保存完整,沒有因搬運而破壞的痕跡。這說明距今一億多年前,湖泊中突發性的大型風暴導致生活在湖邊和翱翔在天空中的翼龍集群死亡,并且與它們產在沙灘軟泥中的蛋快速埋藏在一起。

據了解,新疆哈密翼龍具有一些獨特的形態特征,最大的特征是它們頭骨上有發育明顯的發飾——前上頜骨脊。頭飾的表面具有向前向上彎曲或向上伸展的凸凹相間的紋飾。不同大小、不同形態和不同厚薄的頭飾,是鑒別哈密翼龍雌、雄個體的標志,頭飾較大者為雌性,頭飾較小者為雄性。

汪筱林介紹,世界上翼龍種類大約有200種,哈密翼龍是近年來發現的一種新種類。他們從十多年的考察中發現,哈密翼龍化石數量巨大,屬種單一,多樣性較低。對這一新的翼龍類群的發現和研究,使他們對翼龍的性雙型、個體發育、翼龍蛋及其蛋殼顯微結構、生殖和生態習性等方面的研究都取得了一些重要進展。

“大量翼龍蛋、胚胎和頭骨等骨骼化石的發現,顯示哈密翼龍具有群居的生活習性,而且這里很可能是它繁殖產蛋的地點之一。”汪筱林說道。

小翼龍需要父母照顧

在此之前,因為翼龍化石的缺少,古生物學家對翼龍的胚胎和生殖發育等方面的了解十分有限。此次研究在這方面取得若干重要進展。

通過對42枚翼龍蛋化石進行顯微修理或CT掃描,汪筱林等人發現,哈密翼龍后肢發育速度較前肢快,孵化之后的嬰兒具有地面行動能力,但還不能飛行。因為牙齒萌發較晚,很可能也不能主動捕食,需要父母進行喂食或者照料。

科學家選取了哈密翼龍的兩枚胚胎化石和數件幼年到接近成年個體的長骨進行研究,這也是世界上首次對翼龍胚胎進行組織學切片和顯微結構研究。他們發現,翼龍胚胎主要由編織骨組成,這是一類包含大量血管道的組織類型,代表了最快速骨骼生長速度,是一種在胚胎期和嬰兒期才會出現的骨組織類型。

幾件幼年到亞成年的大小不同的上肢骨骼則主要以纖層骨為主,這同樣是一種生長速度較快的骨組織類型,說明翼龍具有較快的生長發育速度。

在不同的生長發育階段也存在不同。即幼年個體只具有纖層骨,亞成年個體出現內層環狀骨板,這是一種緩慢生長的次級骨組織,代表了骨髓腔已經停止生長,也是性成熟的一個標志。接近成年個體不僅骨髓腔停止生長,在最外層也會出現兩層生長停滯線,這是生物體周期生長留下的標志。因為這條線代表一年,所以最接近成年的個體在死亡時至少有兩歲,但還沒有完全達到成年。

湖泊風暴導致翼龍集體死亡并掩埋于此

通過沉積學和埋藏學觀察,研究人員發現哈密翼龍蛋和骨骼化石主要集中在含有橫向不穩定的富含紅色泥巖礫屑的灰白色湖相砂巖中,據此推斷化石集中區曾是一片湖泊,翼龍群棲息在此并以捕魚為生。而在翼龍化石地層剖面上出現了多層高能風暴沉積層,這是多次湖泊風暴事件的證據。汪筱林解釋說:“突發的湖泊風暴事件把翼龍巢穴中的大小翼龍和翼龍蛋帶入湖中,經過短時間漂浮聚集后,大量遺體被一起沉積埋藏。”

化石富集層厚度都不大,所有化石毫無例外地富集在具有礫屑的高能風暴沉積中,而且骨骼化石雖然分散保存,但每一塊纖細中空的骨骼幾乎都是完整的,細長的頭骨牙齒、薄薄的頭飾都與頭骨或下頜關聯且保存完好。這為科學家提供了最好的證據:這些數量巨大的翼龍蛋化石很可能經歷了多次湖泊風暴。這種高能的風暴經過翼龍的巢穴,將翼龍蛋及生活著不同大小、不同性別的翼龍帶入湖中岸邊,經過短時間漂浮聚集后,與被撕裂分散的翼龍遺體一起被快速埋藏。

汪筱林介紹,哈密翼龍屬于大型翼龍類,其成年個體的翼展可達3.5米,幼年個體十幾厘米。此次發現的翼龍蛋化石長軸大多在6厘米左右,成橢圓形。

天山哈密翼龍最早發現于2005年,經十多年戈壁野外考察,哈密目前已經成為世界上分布面積最大和最富集的翼龍化石產地,其中翼龍和翼龍蛋化石對了解揭示翼龍生命史和深入了解白堊紀古環境、古氣候和古地理等具有重要的意義,也被稱為“哈密翼龍伊甸園”。

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