徐星古生物 古生物學家徐星 解密有羽毛的恐龍如何生活

北京中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的古生物學家徐星說,現在已經命名的恐龍物種高達一千種,但僅有相當少數的物種找到比較完整的化石,而大多甚至只有全身 2% 的骨骼化石。化石是我們認識這個遠古生物的重要途徑,化石的缺少使得古生物學家要重新建構這些恐龍的樣貌面臨重重困難。

但包含徐星在內的古生物學家,卻沒有因此而放棄。

既然沒辦法找到牠們本身完整的化石,古生物學家會根據這些物種的近親,作為復原恐龍骨骼的參考。等到骨骼大致建構完成之後,再由專業的藝術家綜合各種證據和研究,並加上一些想像力,將這樣一隻恐龍的軟體組織、肌肉紋理、皮毛繪製出來,形成我們看到的各種模擬圖。

只是,這種做法仍然無法滿足古生物學家的好奇心,要更精確知道恐龍的樣子,最根本還是得找到更好的化石。

「這是一隻只有一根手指頭的恐龍。」徐星指的是 Linhenykus monodactylus,阿瓦拉慈龍科(alvarezsauroids)恐龍。如何確認恐龍只有一隻手指頭?徐星說這就要歸功於內蒙古西部的戈壁沙漠,在七、八千萬年前這個沙漠發生沙塵暴,沙丘崩毀,快速掩埋當時生存在此的生物,而形成、保留相當完整的化石。

找到好的化石後,仍需要近代科技儀器協助復原工作。徐星說其中一種方式就是透過掃描儀掃描整個恐龍骨架,建構一個 3D 圖鑑,再陸續加上各種軟體組織。即使無法直接解剖真實的恐龍,但是古生物學家透過骨骼型態研究,參考現代鱷魚、鳥類身體內部結構,呈現出更精確、完整的恐龍模型。

當科技逐漸進步,我們對恐龍的認知也不斷地再改變。回到 20、30 年前,科學家推測出的恐龍模型比較像爬蟲類,體表覆蓋許多鱗片、甲片,就像我們在電影《侏儸紀公園》裡看到的恐龍,但現在科學家發現部分恐龍身上應該是披著羽毛,像鳥一樣!

「鳥類是從恐龍演化而來,」徐星說,「我們可以推論,鳥類的羽毛特徵應該會以某種形式出現在恐龍身上。」其實遠在 1970、1980 年代就有學者開始在恐龍復原圖上加上羽毛,但因沒有證據而不被接受。然而近年的研究,則漸漸證實這群做為先鋒的學者,並不是胡說八道。

徐星指出,其實最初恐龍化石上仍有出現恐龍帶有羽毛的間接證據——在某些和鳥非常相近的恐龍骨骼身上,發現疑似羽毛的附著點,用來固定飛行用比較大型、需要更堅固附著的羽毛。直到 1996 年中國遼寧發現中華龍鳥化石,清楚看到化石上保留牠身上羽毛的痕跡,古生物學家才終於確認恐龍真的是有羽毛的!

即使像中華龍鳥這種與現代的鳥親緣關係很近的恐龍身上有羽毛,但從化石上不難看出牠的前肢相當短,羽毛也相當細,不像是用來飛翔。那麼這些羽毛是做什麼用的?

古生物學家也陸續發現一些體型很龐大、不太可能會飛的恐龍身上,也有羽毛,例如同樣在遼寧,就發現一種 1.2 億年前的巨型恐龍有絲狀的羽毛,它被稱為華麗羽王龍(Yutyrannus huali)。經過徐星和研究團隊的研究,發現這群恐龍生存的白堊紀前期,環境並不像是之前研究認為的全是比現在高 10℃ 的炎熱氣候,地球化學的證據顯示那段時間的氣候波動,甚至達到現在中國東北地區的氣候。

這樣寒冷的天氣,讓古生物學家推測這些恐龍羽毛有可能是禦寒用,「就像我們穿的羽絨衣一樣!」

除了保暖之外,恐龍也跟鳥類近親一樣用羽毛來炫耀自己的美。徐星展示了一隻「耀龍」的化石照片,牠有四根非常突出的尾羽,古生物學家推測這樣的尾羽就像孔雀一樣是用來吸引異性。

而即使確認了恐龍有羽毛,也判斷了這些羽毛可能的功能,那有沒有辦法得知這些羽毛的顏色?

羽毛顏色的秘密就藏在「黑色素」裡。徐星仔細地解釋,黑色素存在於黑色素體當中,而黑色素體在狀態很好的情況下可以保存在化石中,現在古生物學家能透過電子顯微鏡觀察黑色素體的形狀、大小、分布的規律,再跟現在鳥羽黑色素去比較,就可以重現恐龍羽毛的顏色。

例如黑色素體和褐色素體有不同的形狀,前者長得像香腸,而後者則是球形的。另外像是古生物學家發現小盜龍的羽色和綠頭鴨的羽色有一個相似處,就是牠們的羽色屬於「結構色」,是由角質蛋白排列的結構而顯現的顏色,從不同角度看因為光線入射角度的不同,而產生不同顏色的效果。

從化石得到的資訊也不僅止於有羽恐龍的外型,甚至還能告訴我們,牠們在遠古的年代是怎麼生活。徐星說從現有的研究資料,我們大概可以發現這些有羽恐龍一次能產下兩個蛋,在小恐龍出生時也會有育雛的行為,與現在的鳥類比較相似。但是在生長部分,有羽恐龍即使在交配繁殖後,身體仍然持續在生長,在這部分則比較像爬蟲類。

也有古生物學家試圖去探討這些恐龍的步伐與運動速度,從牠們步幅的大小、搭配骨骼的訊息,再透過模型去設定參數,來計算恐龍的奔跑速度。他們發現有些奔跑速度快的恐龍可以到 60~70 km/hr,甚至更快!但像霸王龍有 6 噸重,運動速度可能相當慢,「除非牠全部肌肉都長在腿上,不然不可能跑得快!」徐星這麼說。

這些有羽恐龍既然有這麼多跟鳥類相似之處,那麼牠們到底會不會飛?徐星說:「現在越來越能確定的跟大家說,恐龍不只生長在地上,也有些生長在空中。」他舉例,中國鳥龍的前肢很像鳥的翅膀,也會有拍打翅膀的動作;而四翼恐龍則是很像早期的鳥類,不只前肢,連後肢都有飛羽,可能像是蝙蝠、飛鼠等動物一樣運用滑翔的方式飛行。

除了能飛行,有些有羽恐龍的睡眠方式也與鳥類很類似,鳥類在睡眠時會將頭往後轉,並放到翅膀底下,這樣的狀況同樣可以在寐龍身上看到。徐星解釋,鳥類在頭部羽毛通常比較短,是個散溫快的部位,因此要透過把頭放在翅膀底下來保溫。寐龍可能也是像鳥類一樣的溫血動物,因為要保暖頭部,而在睡覺時將頭向後轉靠近身體來保暖。

恐龍的身體型態可以從化石去推測,但是叫聲這種無法以實物保存的特徵,就成為古生物研究中非常困難的一塊。徐星說,目前也只能透過對於牠們發聲結構的了解,去推測牠們的叫聲。像是鳥類有獨特的鳴管,若能在恐龍化石中看到類似的結構,或許就可以重現恐龍的聲音。

「對於做古生物研究的人,其實我們的工作不是復原、復活恐龍,但我們做的工作、得到的訊息確實慢慢地、更全面的了解活著的恐龍是什麼樣子。」

要再更認識這些有羽恐龍,仍有很多的困難需要解決。徐星認為,未來古生物學家得與生物學家緊密的合作,把對現代生物的了解結合化石的訊息,才能讓這些有羽恐龍在千萬年後的現代「復活」!

(本文由2016年3月28日「順應自然 新機無限——有羽恐龍演化的故事」科普演講整理而成)

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