1862年，考古生物學家發現了首個始祖鳥的遺骸，復原後發現這個史前生物大小及形狀與喜鵲相似，它有著闊及圓的長翅膀及長尾巴，但它的顎骨上卻又長有鋒利的牙齒，腳上三趾都有彎爪，尾巴是骨質的，這些特徵又正好和恐龍相似。始祖鳥化石成為了鳥類是由恐龍進化來的最有力證據。
那麼，始祖鳥是從哪一類恐龍進化而來的呢？答案就是獸腳亞目恐龍，獸腳亞目與鳥類之間的共同點包括：腳掌有三趾、胸部上有“叉骨”、骨頭充滿空氣等。
在獸腳亞目恐龍的家族成員中，有巨型的暴龍和小一點的伶盜龍。暴龍身長約13米，體重約6.8噸，體型龐大自不必說，即使是小伶盜龍體重也有約15千克，與現代鳥類比起來，也堪稱巨人了。那麼，這麼龐大的恐龍又是怎麼進化成現在小巧的鳥類的呢？
基因突變？
20世紀頭30年，主流的解釋是“希望怪獸理論”。
這一理論認為，與一個物種內部的緩慢進化不同，一個物種的重大改變必定是因為大規模的基因變異。比如136千克的食肉恐龍變成麻雀大小的史前伊比利亞鳥，恐龍的鱗片突然進化成羽毛，在這中間遺傳物質一定發生了鉅變。
然而，20世紀90年代，在中國發現了一種的新的恐龍化石——孔子鳥化石，儘管這種化石顯示恐龍當時並沒有長出翅膀，但它們全身竟然已經長出了羽毛。此前，羽毛被認為是鳥類特有的。
隨後研究者也發現鳥類的呼吸系統其實早已經在恐龍身上出現了，始祖鳥和現代9300多種鳥類的祖先——虛骨龍（獸腳亞目後來演變成的一類特殊的小型恐龍），二者的骨骼結構並沒有什麼太大不同。這些發現都跟希望怪獸理論背道而馳：恐龍進化成了鳥類，並沒有發生突變性變異。那麼，如果不是因為基因突變，又會是什麼呢？
想變鳥，先瘦身
2014年，澳大利亞、英國和意大利等國研究人員根據120種恐龍的1500多個解剖特徵，發現了獸腳類恐龍成功進化的奧祕——“瘦身”運動。原來，當其他恐龍還在不斷“長個”時，獸腳類恐龍是唯一一類體型不斷縮小的恐龍，它們的收縮速度是其他恐龍增長速度的160倍，2.1億年前其平均體重為163千克，當約1.6億年前進化到始祖鳥時已經降至0.8千克。
對於恐龍來說，變得極小的身型是非常重要的，很可能是進化成鳥類的最關鍵的一步，因為小體積可能是飛行的前提，儘管體積龐大可以滑翔，但是真正的展翅飛行需要靠扇動翅膀產生推力，這就需要翅膀大小和體重之間維持一個特殊比例。所以，大個恐龍變成鳥前，是經過了一個漫長的“瘦身”過程。研究人員估計，這一“瘦身運動”大約花了獸腳類恐龍家族的5000萬年的時間。
然而，獸腳類恐龍又是如何成功“瘦身”的呢？研究者發現在獸腳類恐龍中，發生了一個奇妙的進化過程——幼態延續。
幼態延續是物種把幼年的甚至胎兒期的特徵，保留到幼年以後甚至成年期的現象。比如人類就是典型的幼態延續動物，人類新生兒體毛稀疏，頭大，大腦學習能力強，這是幼態，到了成年後，這些特徵依舊保留，大腦的學習能力在一生中都很旺盛。
研究發現，獸腳類恐龍也發生了幼態延續，它們出生後，體形不怎麼長大。隨著時間推移，獸腳類恐龍的面部、骨骼在萎縮變小，腿骨也不斷地變得纖細，但是眼睛、腦部卻一直在發育，喙開始出現。鳥類化石和恐龍化石對比後發現，變成化石的小恐龍的頭蓋骨與成年的鳥類很像，而最早的鳥類跟迅猛龍的胚胎形態幾乎一樣。獸腳類恐龍正是藉助這一過程，保留了童年時期的小體型，從而瘦身成功，創造了一個進化奇蹟。
細節重塑：喙的出現
那麼，其他細節，比如鳥的一個非常重要的器官——喙又是如何出現的呢？
鳥類可以用喙尋找食物、清潔身體、築巢和照顧幼鳥。鳥類有著各不相同的棲息地，其中很多鳥類依靠十分特別的喙才能存活。因此，鳥類的生存能力不只是源於它們的飛行能力，其驚人的多功能性的喙也發揮著重要作用。
在現代鳥類，兩塊上頜骨融合成為喙。其結構與恐龍、短吻鱷、遠古鳥類和其他脊椎動物截然不同。為了找出變化是如何出現的，美國耶魯大學人員研究了一系列與遠古鳥類有關的現存物種：短吻鱷、雞、老鼠、蜥蜴、龜和鴯鶓。
他們發現與沒有喙的生物相比，禽類擁有一個獨特的與面部形成有關的基因簇。隨後，研究者用化學藥品抑制了蛋殼內小雞胚胎的一些基因的蛋白質產物，發現小雞胚胎骨骼開始發育時，它們長出了短短的圓形骨頭，而不是鳥類那種狹長型骨頭，最終，這個胚胎的喙部組織和位於嘴巴上方的顎骨都恢復到與恐龍相同的狀態，一隻小雞長出了恐龍的臉。不過，出於實驗道德的考慮，研究者對小雞胚胎進行安樂死，未使它發育成為完整的小雞。
這一發現，再一次說明恐龍的口鼻到喙的轉變，並不需要特殊的進化飛躍或者大規模的基因改變，只需要負責基因表達的蛋白質活躍程度出現差異性即可。這樣看來，物種內部的極小變化也能夠同樣驅動宏觀進化，使得物種進化出全新特徵和新種群。
研究者猜測可能正是藉助這種物種內部基因控制方式的微小變化，恐龍在“瘦身”過程中，也在緩慢進化出鳥類特徵，比如首先進化出雙足行走的方式，然後是羽毛、叉骨，再是更復雜的羽莖，再然後是翅膀，最終的結果是從恐龍到鳥類之間無縫的完美轉變。
下一步，研究者將繼續深入研究恐龍和鳥類之間，其他細節是如何進化的，到時將為我們徹底揭開大個恐龍變鳥記的神祕面紗。
本文源自大科技<科學之謎> 2017年第3期雜誌重點文章 歡迎讀者們關注大科技公眾微@信@號：hdkj1997