新研究为翼龙演化史补上重要缺环

2011-2-01 13:58 来源: 科学时报
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悟空翼龙复原图

悟空翼龙化石与线条图

  翼龙是一类古老而特殊的飞行爬行动物,几乎与恐龙同时出现在晚三叠世的地球上。

  作为第一种能够进行动力飞行的脊椎动物,它们比鸟类早约7000万年飞向蓝天,也是包括鸟类、蝙蝠等三类飞行脊椎动物中唯一绝灭的类群。在恐龙占领陆地的时代,翼龙则统治了天空。翼龙在地球成功生存了约1.6亿年之后,与恐龙又几乎同时双双消亡于白垩世末期的生物绝灭事件中。

  按照传统的分类,古生物学家一般将翼龙分为两大类群,一类是较为原始的喙嘴龙类,具有短颈、长尾等特征。这类翼龙出现于晚三叠世,并在侏罗世达到鼎盛,又在晚侏罗世或早白垩世消失。另一类在形态上具有长颈、短尾等特征,属于较进步的翼手龙类,它们出现于晚侏罗世,并贯穿整个白垩世,最后消失在6500万年前的白垩世末期。

  喙嘴龙类与翼手龙类在形态特征上有一些明显的差别:喙嘴龙类的上、下颌都具有牙齿,鼻孔和眶前孔分离,枕髁指向后方,方骨相对垂直,颈椎及翼掌骨都较短,具颈肋,第五脚趾长,绝大部分都是长尾的。仅有蛙嘴龙类这一特殊的类群,虽然它们不具长尾,但却具有喙嘴龙的其他特征。翼手龙类的牙齿一般分布在上、下颌的吻端,在数量上呈现多样化趋势,有的种类牙齿完全退化消失,如晚白垩世的无齿翼龙类和我国热河生物群发现的中国翼龙等,有的种类牙齿却多达上千颗,如在阿根廷发现的南方翼龙等。翼手龙类的鼻孔和眶前孔愈合为鼻眶前孔,枕髁指向后下方,方骨相对水平,颈椎和翼掌骨都较长,一般不具有颈肋,第五脚趾退化或消失,短尾。

  关于翼龙起源和演化一直存在两个令人困惑的问题,其一是翼龙到底是由什么动物进化来的。古生物学家猜测是由一种槽齿类动物演化而来,不过至今却没有找到这类槽齿类动物与翼龙之间的缺失环节。第二个问题是,喙嘴龙类是如何进化到翼手龙类的。国际著名翼龙专家、德国古生物学家彼得·沃尔赫费尔根据喙嘴龙类和翼龙类的骨骼形态对比,认为翼手龙类是从某种喙嘴龙类进化而来,虽然人们都相信这样的演化关系,然而自翼龙化石发现两百多年来,古生物学家只发现了分别属于这两大类群的化石,却一直没有找到任何中间过渡类型的化石。

  对于这两个问题,世界各地的古生物学家都在努力寻找着答案。

  在我国辽西,这个闻名世界的古生物学研究圣地又有了新的重大发现:我国古生物学家先后找到多件翼龙化石标本,它们具有一些最重要的共同特点,那就是都兼具了原始的喙嘴龙类和进步的翼手龙的形态特征。人们终于发现了喙嘴龙类与翼手龙类之间的缺失环节!

  2006年10月,中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员汪筱林等在辽西野外考察时,偶然发现了一块后来被命名为李氏悟空翼龙的重要标本。

  汪筱林说,当时看到的化石非常破碎,有十多块碎片,正、负面保存,骨骼分别黏结在从中间劈开的岩石两侧,几乎很难看到完整的骨骼。然而,这件产于辽西建昌玲珑塔地区的破碎翼龙化石材料,经过古脊椎所高级工程师李玉同半年多时间的精心修理,终于露出了其本来面目:这是一件几乎完整的小型翼龙化石骨架,翼展约70多厘米,最为奇特的是其骨骼不仅具有喙嘴龙类的特征,如长尾和发达的第五脚趾等,同时还具有许多翼手龙类的进步特征,如牙齿在吻端、长的颈椎和相对较长的翼掌骨等。

  2009年,汪筱林和他的研究团队根据这一标本命名了李氏悟空翼龙,其属名以我国著名的古典小说《西游记》的主人公孙悟空命名,种名赠予化石修理者李玉同。在详细的形态学和系统发育研究的基础上,他们建立了一个全新的翼龙分类单元——悟空翼龙科。

  2010年,中英两国学者描述了一件产自玲珑塔的长尾翼龙化石。该标本保存了一个基本完整的头骨以及部分脊柱和胸骨等头后骨骼。并据另外一件相对完整的化石材料,命名了一个翼龙新属种:模块达尔文翼龙。

  那么,悟空翼龙与达尔文翼龙之间到底有什么联系呢?

  最近,汪筱林等与巴西古生物学家合作,依据玲珑塔同一地点新的化石发现,又描述了两件近于完整的长尾翼龙化石骨架。它们都同时具有喙嘴龙类和翼手龙类的部分特征,并建立了一新属两新种,即玲珑塔达尔文翼龙和中国鲲鹏翼龙。

  这一研究对悟空翼龙科的成员进行了总结,对一些属种的鉴定特征重新进行了厘定,并将达尔文翼龙和另一件已经记述的缺失头骨的长城翼龙也归入悟空翼龙科。

  迄今为止,悟空翼龙科包括了李氏悟空翼龙、模块达尔文翼龙、玲珑塔达尔文翼龙、中国鲲鹏翼龙和潘氏长城翼龙等4属5种。

  悟空翼龙科共有的特征包括:鼻孔和眶前孔愈合成为鼻眶前孔;上颌骨的颧骨支较长,前端突出且薄;独立的鼻骨侧突;

  方骨后倾约120°;下颌愈合部分较短(小于下颌总长度的25%);颈椎较其他喙嘴龙类加长,颈肋缩减;翼掌骨长度约为翼指骨第一指节的一半;翼指骨第一指节较第四指节短等。

  同时,悟空翼龙科的5个成员还各自具有一些特征使它们相互区别,如李氏悟空翼龙的前颌骨第一对牙齿突出于齿骨之外,并近于垂直;牙齿呈短而尖的圆锥形;髂骨前髋臼部分缩减;第五趾第二趾节加长且强烈弯曲达70°。达尔文翼龙属的头骨后端加长;前颌骨具有始于鼻眶前孔前端的骨质头饰,头饰上端呈锯齿状;鼻骨突较细;髂骨前髋臼部分加长。其中,模块达尔文翼龙的头骨后部较玲珑塔达尔文翼龙长,并且牙齿之间距离较大;玲珑塔达尔文翼龙的颧骨的泪骨突相对较细;鼻骨上具有圆形小孔;第五趾第二趾节的弯曲度约为115°。中国鲲鹏翼龙的头骨后部较圆;颧骨的泪骨突相对较粗;前颌骨不具骨质头饰;额骨顶部具软组织头饰;鼻骨上具有椭圆形小孔,小孔长轴近垂直;第五趾第二趾节的弯曲度约为137°;第五趾第二趾节较悟空翼龙科其他成员短。潘氏长城翼龙虽然是一件未成年个体,又缺失头骨,但根据其加长的颈椎、翼指骨第一指节较第四指节短和长尾等特征明显属于悟空翼龙科的成员。

  悟空翼龙科这一全新的翼龙类群的发现和研究,填补了翼龙演化史上缺失的重要一环。该科成员同时具有喙嘴龙类和翼手龙类的特征,为研究翼龙从原始的喙嘴龙类向进步的翼手龙类演化提供了极其重要的化石证据。同时,对于改进和完善传统的翼龙分类系统也具有重要意义。