天空是令动物们神往的广阔舞台，飞行则是它们遨游天空的生存神技。漫长的进化过程中，动物是何时学会飞上蓝天的呢？
本文由宁夏地质博物馆社教部主任、馆员刘晓莉与中国古脊椎动物学会理事，中国科普作家协会理事、副秘书长叶剑撰写，带领小朋友和家长们一起揭开恐龙飞行的秘密。
科学家推测，早在约4亿年前，一种早期昆虫——莱尼大颚虫就已经长出了膜翅，开始尝试扑翅飞行。从那之后，许多动物门类中都有成员尝试飞天。它们的飞行器官和技巧可谓五花八门、各显神通：3亿年前，巨脉蜻蜓将膜翅发展至登峰造极，翅展超过70厘米，成为昆虫中的巨无霸，它飞起来就像一架小型直升机；2亿多年前，翼龙凭借附着在极度加长的第四指骨上的皮翼飞上了蓝天；1亿多年前，鸟类将前肢化作羽翼，翱翔天空；5200万年前，蝙蝠的老祖宗伊神蝠出现，它依靠指间的皮膜飞行，将天空控制在掌中。就连鱼类、爬行类、兽类中都不断演化出能够滑翔的飞鱼、飞蜥、鼯鼠等，它们前赴后继地向天空进军。
作为鸟类远祖的恐龙也应该会飞行吧？它们又是在何时飞上了蓝天的？
1996年，一件发现于辽宁西部的小型兽脚类恐龙化石横空出世，引起了国内外古生物学家的重视。中国地质博物馆馆长季强发现化石上有疑似丝状羽毛的结构残留，并将此小型兽脚类恐龙命名为原始中华鸟龙（Sinosauropteryx prima）。
▲保留羽毛印痕的中华鸟龙化石
（供图/中国科学院南京地质古生物研究所）
同年10月，一位加拿大古生物学家把该化石的照片带到在纽约美国自然历史博物馆举办的北美古脊椎动物学会年会上，引起了轰动。因为这是自19世纪中期英国博物学家托马斯·亨利·赫胥黎提出鸟类起源于恐龙假说以来，第一次发现残留羽毛结构的恐龙化石，为该假说提供了确切的化石证据。
中华鸟龙的羽毛只是细丝状的原始羽毛，可能有保暖作用，但显然无法用来飞行。该地区随后发现的尾羽龙、小盗龙、中国鸟龙等一系列带羽毛恐龙化石上有类似鸟类的片状羽毛，小盗龙甚至有结构不对称的飞羽。片状羽毛除了保暖，还有展示功能，被鸟类用于求偶等活动中，它对恐龙而言功能也应该类似，也就是说“男”恐龙们早在1亿多年前就开始用华丽的羽毛吸引“女朋友”了。
羽轴弯曲、两侧羽平面不对称的羽毛是空气动力学性能最好的羽毛。当羽翼用力往下扑打时，成排的不对称飞羽间能紧密排列形成一个完美的扇面，将下扑之力转变为向上的推力；当羽翼上挥时，不对称飞羽之间会出现缝隙，让空气流过，减少向下的阻力。拥有这种羽毛的小盗龙显然已经具备了飞行能力，成为会飞的恐龙。
▲羽毛演化示意图
产出这些化石的地层距今只有1.25亿年左右，属白垩纪早期，比1.5亿年前侏罗纪晚期的始祖鸟晚了2000多万年，由此引出了鸟类起源于恐龙理论中“后辈”比“前辈”年长的“时间悖论”：既然鸟类是从带羽毛恐龙演化而来的，为何那些带羽毛恐龙比始祖鸟更晚出现呢？
2009年，中国科学院院士徐星等人对两件新发现的小型兽脚类恐龙化石进行深入研究，认为这种恐龙的形态与鸟类非常接近，并且保存了羽毛，将它命名为赫氏近鸟龙（Anchiornis huxleyi），种名献给赫胥黎。近鸟龙化石同样发现于辽西地区，经十几年的深入探究后，产出该化石的地层已经从白垩纪地层中划分出来，被确定为1.6亿年前的侏罗纪晚期。近鸟龙不仅早于中华鸟龙、小盗龙等1.25亿年前的恐龙，甚至比始祖鸟还早了约1 000万年！此次发现将带羽毛恐龙的历史向前推了两三千万年，完美解决了“时间悖论”，填补了恐龙向鸟类演化过程中的关键性空白，为鸟类起源于恐龙假说提供了强有力的证据。
区别于中华鸟龙原始的细丝状羽毛，近鸟龙全身都被覆着结构较为进步的羽毛，手部、前肢、后肢、足部、尾部的羽毛都很长，头顶还有羽冠，一些羽毛还具有稍弯曲的羽轴，有点像小盗龙的不对称飞羽。另外，近鸟龙的前肢长度约是后肢长度的80%，前肢与后肢的比例接近始祖鸟等早期鸟类。这些特征提示，近鸟龙也应该具备初步的飞行能力，至少能从高处向低处滑翔。
▲近鸟龙生态复原图
当然，飞行结构和飞行能力的演化在恐龙家族中并不是一蹴而就的。在发现近鸟龙的地层中，还发现了其他一些带羽毛恐龙。例如，天宇龙的羽毛类似中华鸟龙，是长长的、不分叉的绒羽，处于羽毛演化的最初阶段。耀龙的体羽结构比较简单，却拖着4根细长、原始的片状尾羽，尾羽由中心羽轴和带状薄片组成，其功能只能是展示，是化石记录中已知最早的装饰性羽毛。耀龙的“耀”就是炫耀之意。
▲天宇龙复原模型
还是在那套地层中，有着另外两种非常奇特的恐龙——奇翼龙和浑元龙，它们也在尝试飞向蓝天。二者的飞行结构与带羽毛恐龙和鸟类的羽翼完全不同，是类似蝙蝠的皮膜翼。皮膜翼由加长的第三指和一根发自腕部、细长的棒状骨支撑，可能还连接到躯干上。这样的结构应该能让它们拥有不错的滑翔能力，但这条非主流的飞行演化之路没有彻底走通，借助羽翼飞天的恐龙才是最终的成功者。
近鸟龙的飞行技巧虽不怎么样，常常需要先爬到高高的树上，借助一跃而下的势能展翅飞行，但毕竟是会飞了。它的后裔——鸟类将与翼龙（翼龙并不是会飞的恐龙，而是恐龙的亲戚）一起统治天空。
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《科学画报》2024年第4期