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全球首次发现三维翼龙胚胎
文/王瑟      2017/12/05

  看到鸟儿在天空飞翔,你会想到在我们生存的地球上,哪种脊椎动物最早在天空飞翔吗?

  最新的发现与研究表明,最早在天空飞翔的是我们都知道的一种动物——恐龙。在这个庞大家族里,有一类始终占据着天空,它们自由地在蓝天白云间飞翔。它们有的大如飞机,有的小如麻雀。时而栖息在树梢上闭目养神,时而快速掠过湖面捕食鱼虾。它们成群结队在天空中翩翩起舞,追逐嬉戏,俯瞰着大地上的万物生灵。

  它们叫翼龙,一类非常奇特的最不像爬行动物的爬行动物。它们比鸟类早七千万年成为天空的霸主,统治着蓝天这片“领地”。

  12月1日,《科学》(Science)杂志在线发表了中国与巴西科学家组成的国际科研团队对新疆哈密翼龙胚胎化石与翼龙蛋发现研究的成果,这是全世界首次发现三维翼龙胚胎。

  翼龙曾在恐龙横行的中生代称霸天空长达1.5亿年,后随恐龙一同灭绝。因其飞行的需要,演化出纤细中空的骨骼,因此保存下来的翼龙化石很少,翼龙蛋和胚胎化石更是罕见。此次中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院大学汪筱林研究员领导的新疆哈密科考队,经过十余年艰苦的野外科考,在哈密戈壁下的白垩统地层中,发现并抢救性采集了近300枚翼龙蛋、胚胎和骨骼化石,其中有16枚翼龙蛋含有三维立体的胚胎化石,这为古生物学家研究翼龙的胚胎和生殖发育提供了强有力的证据。

  在对新发现的化石进行显微修理或CT扫描后,汪筱林团队与巴西古生物学家团队得出了一些新的假设——

  翼龙具有群居的生活习性

  汪筱林率领的科考队十多年如一日,在新疆哈密考察了上千平方米的戈壁大漠,厘定了翼龙及恐龙化石的分布范围、富集和埋藏规律。其中,翼龙化石主要产自一套夹有红色泥岩砾屑的风暴沉积的灰白色湖相砂岩中。富集翼龙蛋和头骨等骨骼化石的风暴事件沉积层厚度大约在10至30厘米之间。在2.2米的剖面上,有8层富含翼龙化石,其中4层含有翼龙蛋化石。

  这次研究的标本由3块可以互相连接的砂岩块组成,出露面积约3.28平方米,已经暴露的翼龙蛋化石就有215枚,包括下伏没有完全暴露的翼龙蛋,数量可能更大。同时还有10多个头骨和下颌,以及数量众多的头后骨骼。

  

全球首次发现三维翼龙胚胎
哈密翼龙生态复原图。

  

全球首次发现三维翼龙胚胎
科研人员展示哈密翼龙蛋及胚胎化石模型和哈密翼龙复原图。

  在这件令人震撼的精美化石标本上,包括野外采集时散落的含有胚胎的蛋化石,目前已经确认的含有胚胎的翼龙蛋共有16枚。

  汪筱林认为,如此大规模的翼龙化石与翼龙蛋化石集中在一起,是因为哈密翼龙化石埋藏在早白垩世湖泊风暴沉积中。虽然目前还没有发现完整的化石骨架,但已发现大量的完整头骨和下颌,而每一块分散保存头后骨骼都保存完整,没有因搬运而破坏的痕迹。这说明距今一亿多年前,湖泊中突发性的大型风暴导致生活在湖边和翱翔在天空中的翼龙集群死亡,并且与它们产在沙滩软泥中的蛋快速埋藏在一起。

  据了解,新疆哈密翼龙具有一些独特的形态特征,最大的特征是它们头骨上有发育明显的发饰——前上颌骨脊。头饰的表面具有向前向上弯曲或向上伸展的凸凹相间的纹饰。不同大小、不同形态和不同厚薄的头饰,是鉴别哈密翼龙雌、雄个体的标志,头饰较大者为雌性,头饰较小者为雄性。

  汪筱林介绍,世界上翼龙种类大约有200种,哈密翼龙是近年来发现的一种新种类。他们从十多年的考察中发现,哈密翼龙化石数量巨大,属种单一,多样性较低。对这一新的翼龙类群的发现和研究,使他们对翼龙的性双型、个体发育、翼龙蛋及其蛋壳显微结构、生殖和生态习性等方面的研究都取得了一些重要进展。

  “大量翼龙蛋、胚胎和头骨等骨骼化石的发现,显示哈密翼龙具有群居的生活习性,而且这里很可能是它繁殖产蛋的地点之一。”汪筱林说道。

  小翼龙需要父母照顾

  在此之前,因为翼龙化石的缺少,古生物学家对翼龙的胚胎和生殖发育等方面的了解十分有限。此次研究在这方面取得若干重要进展。

  通过对42枚翼龙蛋化石进行显微修理或CT扫描,汪筱林等人发现,哈密翼龙后肢发育速度较前肢快,孵化之后的婴儿具有地面行动能力,但还不能飞行。因为牙齿萌发较晚,很可能也不能主动捕食,需要父母进行喂食或者照料。

  科学家选取了哈密翼龙的两枚胚胎化石和数件幼年到接近成年个体的长骨进行研究,这也是世界上首次对翼龙胚胎进行组织学切片和显微结构研究。他们发现,翼龙胚胎主要由编织骨组成,这是一类包含大量血管道的组织类型,代表了最快速骨骼生长速度,是一种在胚胎期和婴儿期才会出现的骨组织类型。

  

全球首次发现三维翼龙胚胎
翼龙蛋化石(右)。

  

全球首次发现三维翼龙胚胎
哈密翼龙复原图。

  

全球首次发现三维翼龙胚胎
翼龙下颌骨化石。

  几件幼年到亚成年的大小不同的上肢骨骼则主要以纤层骨为主,这同样是一种生长速度较快的骨组织类型,说明翼龙具有较快的生长发育速度。

  在不同的生长发育阶段也存在不同。即幼年个体只具有纤层骨,亚成年个体出现内层环状骨板,这是一种缓慢生长的次级骨组织,代表了骨髓腔已经停止生长,也是性成熟的一个标志。接近成年个体不仅骨髓腔停止生长,在最外层也会出现两层生长停滞线,这是生物体周期生长留下的标志。因为这条线代表一年,所以最接近成年的个体在死亡时至少有两岁,但还没有完全达到成年。

  湖泊风暴导致翼龙集体死亡并掩埋于此

  通过沉积学和埋藏学观察,研究人员发现哈密翼龙蛋和骨骼化石主要集中在含有横向不稳定的富含红色泥岩砾屑的灰白色湖相砂岩中,据此推断化石集中区曾是一片湖泊,翼龙群栖息在此并以捕鱼为生。而在翼龙化石地层剖面上出现了多层高能风暴沉积层,这是多次湖泊风暴事件的证据。汪筱林解释说:“突发的湖泊风暴事件把翼龙巢穴中的大小翼龙和翼龙蛋带入湖中,经过短时间漂浮聚集后,大量遗体被一起沉积埋藏。”

  化石富集层厚度都不大,所有化石毫无例外地富集在具有砾屑的高能风暴沉积中,而且骨骼化石虽然分散保存,但每一块纤细中空的骨骼几乎都是完整的,细长的头骨牙齿、薄薄的头饰都与头骨或下颌关联且保存完好。这为科学家提供了最好的证据:这些数量巨大的翼龙蛋化石很可能经历了多次湖泊风暴。这种高能的风暴经过翼龙的巢穴,将翼龙蛋及生活着不同大小、不同性别的翼龙带入湖中岸边,经过短时间漂浮聚集后,与被撕裂分散的翼龙遗体一起被快速埋藏。

  汪筱林介绍,哈密翼龙属于大型翼龙类,其成年个体的翼展可达3.5米,幼年个体十几厘米。此次发现的翼龙蛋化石长轴大多在6厘米左右,成椭圆形。

  天山哈密翼龙最早发现于2005年,经十多年戈壁野外考察,哈密目前已经成为世界上分布面积最大和最富集的翼龙化石产地,其中翼龙和翼龙蛋化石对了解揭示翼龙生命史和深入了解白垩纪古环境、古气候和古地理等具有重要的意义,也被称为“哈密翼龙伊甸园”。

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