翼龍如何實(shí)現(xiàn)飛行？約1.3億年前中國哈密翼龍化石研究揭秘

中新網(wǎng)北京2月22日電 (記者 孫自法)地球上會(huì)飛的脊椎動(dòng)物目前所知僅翼龍、鳥類和蝙蝠三類，它們中唯一絕滅的翼龍是最早演化出動(dòng)力飛行的爬行動(dòng)物，早于鳥類約7000萬年征服藍(lán)天。翼龍是如何實(shí)現(xiàn)飛行的？其飛行機(jī)制與鳥類、蝙蝠有何異同？

研究人員展示本次研究的哈密翼龍肩帶化石標(biāo)本?！≈行律缬浾?孫自法 攝

中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所(中科院古脊椎所)汪筱林、周忠和研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院大學(xué)、中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院合作，通過對(duì)采自中國新疆早白堊世(約1.3億年前)哈密翼龍化石肩帶形態(tài)學(xué)與骨組織學(xué)的最新研究發(fā)現(xiàn)，翼龍的飛行機(jī)制既有與鳥類和蝙蝠的相似性，又有自身的獨(dú)特適應(yīng)。

用于本次研究的哈密翼龍肩帶等化石標(biāo)本。　中新社記者 孫自法 攝

這項(xiàng)揭示翼龍飛行機(jī)制的重要研究成果論文，近日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《解剖學(xué)記錄》(The Anatomical Record)中國古生物專輯上在線發(fā)表。

中科院古脊椎所博士吳倩介紹本次研究成果?！≈行律缬浾?孫自法 攝

與鳥類有哪些相似性？

論文共同第一作者、中科院古脊椎所博士吳倩介紹說，翼龍的皮膜翼讓一些早期學(xué)者認(rèn)為它們的飛行類似蝙蝠，但隨著研究揭示翼龍與鳥類具有更近的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，后來的學(xué)者更多以鳥類作為翼龍飛行研究的參照對(duì)象。

研究團(tuán)隊(duì)此次對(duì)新疆哈密約1.3億年前地層中的哈密翼龍肩帶骨骼化石研究發(fā)現(xiàn)，兩者飛行機(jī)制主要有兩方面相似性：

中科院古脊椎所博士吳倩展示介紹哈密翼龍肩帶化石標(biāo)本。　中新社記者 孫自法 攝

一是形態(tài)學(xué)研究方面，通過對(duì)哈密翼龍肩帶進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)三維模型重建和形態(tài)學(xué)分析表明，翼龍喙上肌如同鳥類一樣繞行頂烏喙突內(nèi)側(cè)連接肱骨近端，頂烏喙突可實(shí)現(xiàn)類似的滑輪功能，翼龍可能如鳥類一樣利用喙上肌收縮實(shí)現(xiàn)翅膀上揚(yáng)。

二是對(duì)翼龍肩臼窩的組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)該位置疑似保留有軟骨組織，表明翼龍的肩臼窩可能與鳥類一樣具有厚實(shí)的關(guān)節(jié)軟骨以緩沖飛行壓力。

哈密翼龍肩帶組織學(xué)特征?！≈锌圃汗偶棺邓?供圖

獨(dú)特飛行機(jī)制有何表現(xiàn)？

論文共同第一作者、中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院博士后陳鶴指出，翼龍缺少叉骨、肩胛骨與背椎構(gòu)成關(guān)節(jié)，且有愈合的肩胛烏喙骨等特征，這些則明顯與鳥類不同。其肩胛骨與烏喙骨在個(gè)體成年之前就已完全愈合，代表了翼龍飛行演化過程中獨(dú)特的肩帶適應(yīng)，也表明翼龍并未如鳥類一樣，伴隨飛行的演化而出現(xiàn)分離的肩胛-烏喙骨關(guān)節(jié)。

與哈密翼龍頭骨等化石保存在一起的肩帶標(biāo)本。　中科院古脊椎所 供圖

翼龍肩臼窩和肱骨頭均呈現(xiàn)凹陷的關(guān)節(jié)面，這可能會(huì)限制肱骨頭在肩臼窩中的旋轉(zhuǎn)，表明翼龍可能通過其他特殊機(jī)制控制前臂旋轉(zhuǎn)，以便在飛行中改變翼面形態(tài)。

至于翼龍這些獨(dú)特適應(yīng)對(duì)飛行的具體影響，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為還有待進(jìn)一步研究來揭示。

哈密翼龍肩胛烏喙骨與鳥類肩帶形態(tài)對(duì)比，以及肩關(guān)節(jié)和喙上肌重建示意圖?！≈锌圃汗偶棺邓?供圖

后續(xù)研究方向是什么？

論文通訊作者、近二十年來帶領(lǐng)科考隊(duì)對(duì)哈密翼龍及其沉積地層持續(xù)開展野外考察和研究工作的汪筱林研究員表示，一般認(rèn)為，翼龍具有較強(qiáng)的飛行能力，滑翔、鼓翼飛行和翱翔三種飛行方式都可以，但涉及到與鳥類和蝙蝠兩類飛行脊椎動(dòng)物的異同及其具體的飛行機(jī)制，此前一直不是很清楚。

他說，這次研究是中科院古脊椎所翼龍和鳥類兩個(gè)主要研究飛行脊椎動(dòng)物團(tuán)隊(duì)合作的成果，研究重點(diǎn)從哈密翼龍肩帶的宏觀形態(tài)學(xué)和微觀骨組織學(xué)兩個(gè)角度入手，發(fā)現(xiàn)翼龍的飛行機(jī)制比較復(fù)雜，既有與鳥類的相似性，又有與蝙蝠的相似性，更有自身的獨(dú)特適應(yīng)，后續(xù)仍有巨大的研究空間和潛力。

論文作者之一、中科院古脊椎所副研究員蔣順興指出，本次研究重點(diǎn)是翼龍與鳥類飛行機(jī)制比較分析，較少涉及與蝙蝠飛行的相似性和差異性。因?yàn)橐睚埮c蝙蝠都是通過骨骼帶動(dòng)皮膜實(shí)現(xiàn)飛行，而皮膜質(zhì)的翅膀也無法像飛羽一樣產(chǎn)生空隙，因此，翼龍需要有其他方法來調(diào)節(jié)翅膀形態(tài)以減少飛行阻力，下一步，要圍繞這個(gè)問題對(duì)同樣具有皮膜翼的蝙蝠肩帶進(jìn)行深入研究來尋找答案。(完)