還記得琥珀裡的古鳥翅膀和恐龍尾巴嗎？古生物學家又在琥珀裡發現了首件雛鳥標本，而琥珀中完整的大個體脊椎動物極為罕見。
文/記者 白竟楠 圖文編輯/吉菁菁
新媒體編輯/陳炫之
▲被命名為“比龍”的標本，蘊藏著幾乎完整的一隻反鳥類雛鳥。
6月8日，中加美等國的古生物學家在北京宣佈，他們發現了有史以來第一件琥珀中的雛鳥標本，距今約9900萬年。。該研究由中國地質大學（北京）邢立達副教授、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所外籍研究員鄒晶梅（Jingmai O’Connor），動物所白明副研究員，加拿大薩斯喀徹溫省皇家博物館瑞安·麥凱勒（Ryan C. McKellar）教授等學者共同研究。
▲研究論文發表於國際知名地學刊物《岡瓦納研究》（Gondwana Research，因子8.743）。
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琥珀中完整的大個體脊椎動物極為罕見
2016年，邢立達團隊首次發現了世界上首例琥珀中的古鳥類翅膀和非鳥恐龍內容物，引起國內外媒體的巨大轟動。“我們在2015年便發現了數個更完整的古鳥類琥珀，儘管骨骼的三維重建耗費了大量的時間和精力，但結果令人非常震撼。”邢立達介紹說，“研究表明，此次發表的標本是一隻較為完整的反鳥類雛鳥，記錄了其生命最初幾周的骨學和羽毛特徵。”
琥珀與化石不同，特異保存的化石往往能提供遠古生命前所未見的細節，比如“木乃伊”化的鴨嘴龍類埃德蒙頓龍所留下的皮膚印痕，虛骨龍類棒爪龍留下的腸道痕跡，以及中國熱河生物群的眾多脊椎動物化石。儘管這些標本對古生物學研究做出了特殊的貢獻，但仍會受到成岩作用的影響，跟琥珀保存下來的生物體相比，依舊損失了大量細節。琥珀則恰恰沒有這些問題，它能為古生物提供無與倫比的保存狀態，唯一的缺陷是它所能容納的包裹物大小受到嚴格限制，因此琥珀中完整的大個體脊椎動物極為罕見。
▲著名的琥珀產區之一，緬甸北部克欽邦胡康河谷。
這件標本來自著名的琥珀產區之一，緬甸北部克欽邦胡康河谷。此地的琥珀距今約9900萬年前，屬於白堊紀中期的諾曼森階。這隻小鳥體型嬌小，從吻部到尾巴末端的長度約6釐米。當時它生活在緬甸北部潮溼的熱帶環境中，不幸被柏類或南洋杉類針葉樹所流下的樹脂包裹，樹脂硬化之後，可能在地面帶了很長時間或很短時間，然後被掩埋或者沖走，在漫長的地質年代中形成琥珀，並一直保存至今。
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很可能在捕獵時被包裹，曾激烈掙脫
“此次，我們描述的古鳥類琥珀珀體很大，約9釐米長，容納了接近完整的一隻古鳥類的頭部、頸椎、翅膀、腳部和尾部，以及大量相關的軟組織和皮膚結構。”論文的作者之一，美國洛杉磯自然史博物館恐龍研究院院長路易斯·恰普（Luis M. Chiappe）教授告訴記者，“這些保存下來的軟組織除了各種形態的羽毛之外，還包括了裸露的耳朵、眼瞼，以及跗骨上極具細節的鱗片，這為古鳥類研究提供了千載難逢的機會。”
其實，九釐米長的琥珀並不罕見，琥珀大小通常從幾毫米到幾十釐米，甚至一米不等，但是即便是大個的琥珀也只是保存有很多雜質和小蟲，能將6釐米的小鳥相對完整地包裹在內的極為罕見，琥珀能保存相對大型動物的概率極低，因為大型動物一般都能掙脫樹脂的包裹，這隻雛鳥被包裹住的原因有很多，邢立達推測，它可能生病了、受傷了、瀕臨死亡等等。但是，很難確定它當時到底發生了什麼，從鳥兒的姿態來看，它當時在捕獵，說明被困住的時候可能是活著的，但是捕獵的時候動作一定很激烈，它卻沒能掙脫樹脂。
“這非常奇怪。而且，如果動物在活動的時候被包裹住，琥珀中就會出現非常密集的皂化點，因為活著的鳥兒體內有血液和軟組織，在琥珀包裹後會有一個乾枯的過程，而機體中的液體無法排出，所以就會‘硬擠出’一些液體，從而形成一個個白色的氣泡，這就是皂化。比如上次發現的首塊鳥琥珀‘天使之翼’，皂化非常明顯。但是這次發現的鳥琥珀雖然有皂化點，但是卻很少。”邢立達介紹。
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看足識鳥，暱稱“比龍”
琥珀中的古鳥標本保存極為完好，尤其是約2釐米長的金黃色鳥足特別醒目。這塊琥珀最初並沒有直接與邢立達等研究人員結緣，而是騰衝虎魄閣博物館的一件標本。
▲蘊藏在琥珀中的“比龍”鳥足
“上面的鱗片，絲狀羽栩栩如生，有很鋒利的爪子，當時當地人都以為是蜥蜴爪，但我意識到這個標本尤其特殊，更像鳥類的足部，”騰衝虎魄閣博物館館長陳光先生回憶道，“我們後來選擇了與中國地質大學（北京）的邢立達團隊合作研究，邢立達副教授目前也是騰衝市琥珀研究中心副主任，為騰衝琥珀產業出謀劃策。邢立達確認了我的猜測，這確實是鳥足！而我的愛人則給這件標本起了一個暱稱，叫‘比龍’，這是緬甸一種琥珀色小鳥（小云雀）的當地讀音。”
▲邢立達和瑞安在加拿大薩省皇家博物館攝影工作站
在之前發現的脊椎動物琥珀中基本都是蜥蜴，所以在看到爪子時，很容易讓人想到這可能又是一隻蜥蜴，之所以能區分出是鳥不是蜥蜴，重點看足型。鳥足和蜥蜴足的形態是完全不同的，鳥的腳其實就像雞爪子一樣，三個指頭在前，一個指頭朝後；而蜥蜴的腳趾是五個都向前。
青年古鳥類學家鄒晶梅表示，比龍標本的頭骨有明顯的牙齒，其椎體等其它骨骼形態一致表明，它屬於典型的反鳥類。反鳥類是白堊紀出現的一類相對原始的鳥類，其肩帶骨骼的關節組合與現生鳥類的相反，因此得名。反鳥類和今鳥類是鳥類演化的兩個主要的譜系，並在早白堊世出現了較大的生態分化和輻射，它們有著較強的飛行能力，拇趾與其他三趾對握，適宜樹棲。
▲鄒晶梅拿著一塊小型反鳥類化石
反鳥類生活的諾曼森階還生活著大大小小的恐龍，那時是恐龍多樣性很強的一段時期，用邢立達的話說，就是天上飛的、地上跑的，大大小小、熱熱鬧鬧啥都有。比如結節龍（Nodosaurus）、掘奔龍（Oryctodromeus）、南邊巨獸龍（Giganotosaurus）、等等。
但是最終，在晚白堊世末期，反鳥類與這些恐龍一道完全絕滅了。
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用CT和同步輻射探測琥珀內部的祕密
中國科學院動物所副研究員白明博士和中國科學院高能物理研究所副研究員黎剛博士對記者表示，獲取標本之後，研究團隊開始只是注意到了一對非常精美的鳥足，之後採用顯微CT等無損設備來成像和分析標本之後，才發現了琥珀內部還隱藏著頭骨、脊椎等重要信息，通過對CT數據的重建、分割和融合，最終無損得到了所有骨骼的高清3D形態。
▲“比龍標本”復原圖。（繪圖：張宗達）
白明說：“CT和同步輻射設備都用了，這兩臺設備都是用X射線來勘探琥珀內部結構的，同步輻射光的相干性更好，CT設備無法看清的地方，可以用同步輻射來看。”
因為琥珀內含物非常混亂，如果用光鏡，比如光學顯微鏡通過自然光源觀察琥珀，只能看到外表，因為可見光波長很長，所以穿透性很差，看不到琥珀內部的結構；而X射線波長很短，可以穿透物體看到內部，所以探測琥珀內的內含物只能用這種方式進行。
其實就像醫院裡給人做CT一樣的，只不過，人在做CT的時候是靜止的，射線源和探測器是旋轉的，而掃描琥珀是樣本在樣品臺旋轉，而光源不轉。掃描並不是“掃一掃”那麼簡單，由於琥珀在參與地質運動時會被擠壓或衝撞，所以標本里面的骨骼並未完整地拼接在一起，掃描的時候就要先掃描全局，之後再分段掃描，在多次掃描之後再進行人工拼接，才能得到較為理想的高分辨率圖像。
“有的時候會因為軟件、環境等原因導致數據質量不高，這就算掃描失敗了，就要重新掃描。掃描一套數據需要很長時間，而且租用同步輻射裝置有機時限制，如果一次掃不完就只能等到下一次。數據掃描完之後，會形成大量二維橫截面的數據，就像醫院裡的片子一樣，再通過二維數據重建三維數據。”
電腦有自動重建的功能，但是對數據的“乾淨程度”要求很高，琥珀中含有許多雜質，混沌不清，而且科學家需要骨骼或某一處骨骼的圖像，所以，大多時候用不上電腦的自動重建功能，只能手動篩選，而這卻是一個很耗費時間的過程。白明表示，一套數據1000張圖，想要重建出某一個部位的樣子，往往要篩選很多套數據，所以工作量非常大。
CT的方法在以前用主要用於研究現生生物標本，因為標本的雜質很少，數據的質量會很高，重建相對容易，而琥珀只能靠後期人工的處理，才能把模型做的非常漂亮。“整個掃描重建的過程大約經歷了大約兩年的時間，因為工作量本身很大，期間還穿插著其他的工作。”白明說。
不過，這枚琥珀雖然保存了大量重要信息，但缺少了背椎和腰部，目前缺損原因未知，邢立達推測，或許是因為樹脂沒有包住背椎和腰部，因此被食腐動物吃掉了，而對於研究來說，形態學信息越多越有助於界定動物生存的具體年限和分類。“所以，我們只能推測這隻鳥類屬於反鳥類，不能再進一步細化到具體屬種，有點可惜。”邢立達說。
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既早熟又晚熟的羽毛
“羽毛形態是本次研究的重點之一。”瑞安·麥凱勒教授說道，“比龍標本保留著迄今最為完整的古鳥幼鳥羽毛和皮膚，這在白堊紀的標本中尚屬首次，這些細節包括羽序、羽毛的結構和色素特徵等。”
▲蘊藏在琥珀中的“比龍”翅膀（圖說）
比龍標本的羽毛形態學細節非常精緻，幼鳥被樹脂包裹時，正處於稚羽發育的最初階段，這些稚羽同樣可以與其他標本的羽毛印痕或緬甸琥珀中的孤立羽毛相對比。不過，不同於任何現生新孵出的雛鳥，比龍標本的羽毛同時具備了不同尋常的早熟性和晚熟性相混合的特徵——同時存在著功能性飛羽和零散的體羽。
不同鳥類的雛鳥出生時的成熟度是不同的，既有早熟的也有晚熟的。早熟的雛鳥出生時身上長滿了羽絨，眼睛是睜著的，它們成熟得很快。而晚熟的雛鳥出生時皮膚裸露，看不見東西，非常虛弱，都站不起來，通常要呆在巢穴裡幾天甚至幾周。比龍標本的羽毛同時具備了早熟的雛鳥所具備的飛羽，也有晚熟的雛鳥所具備的零散的毛狀體羽。
比龍標本已有明顯的飛羽，應該是早熟鳥，類似小雞小鴨，出殼後不久就能獨自活動和覓食，而且身體有絨毛保護；與早熟鳥相反的是晚熟鳥，雛鳥出殼後無法獨立生活，仍需父母照料哺育一陣子，而且身體赤祼無毛。早熟鳥在演化上先出現，後來今鳥類一些樹棲鳥類演化成晚熟鳥，例如雀鳥和鸚鵡等就是晚熟鳥。
此外，比龍標本的腿部、足部和尾部的羽毛形態亦不尋常，暗示著與現生鳥類的相比，反鳥類的雛絨羽可能更接近於現生鳥類的廓羽。不過，這些區域也保存著絲狀羽，似乎類似於更原始的獸腳類的原始羽毛。“所有這些細節都是此前我們一無所知的。”
“與此前發現的恐龍琥珀不同，基於比龍標本的羽毛和骨骼狀態，我們確認這隻反鳥類雛鳥正處在生命最初幾週中，”臺北市立大學的曾國維教授說，“比龍標本沒有明顯掙扎的跡象，其整體姿態呈現一種酷似捕獵的姿態，身體揚起，爪子和嘴巴張開，翅膀後掠，非常的生動，它的死因確實令人浮想聯翩，是不是恰好在捕獵的時候被從天而降的樹脂粘住呢？”
總體而言，比龍標本是目前緬甸琥珀中最完整的古鳥類化石，它是一隻出生僅數週的反鳥類雛鳥，琥珀的特異性使其保存了人類歷史上最豐富的雛鳥骨學與軟組織細節，為我們瞭解反鳥類和今鳥類在發育上的顯著差異提供了新的證據。
注：該項目受美國國家地理學會、中國國家自然科學基金、加拿大自然科學和工程研究理事會等項目支持。
（本文由北京科技報全媒體中心採編製作，轉載請聯繫授權：[email protected]，違者必究）
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