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重新定義恐龍:是什么特征讓一種恐龍區別于另一種?

新浪科技 2019-10-18

  據國外媒體報道,古生物學家提出了一個激進的理論,試圖徹底重組長期使用的恐龍分類系統,這對建立在大約一個半世紀研究基礎上的正統觀點提出了挑戰。

  是什么特征讓一種恐龍區別于另一種恐龍?這個問題可能會讓很多人聯想到霸王龍巨大的下顎、角龍和劍龍身上獨特的角和板,以及蜥腳類恐龍及其近親的超大身軀。但對于古生物學家來說,要對不同的恐龍進行分類,關鍵在于這些動物的骨骼形態。

  有了恐龍骨骼的形態學特征和足夠的化石骨架知識,古生物學家可以大致確定恐龍標本在恐龍家族樹上的位置。然后,通過觀察其他特征,特別是恐龍亞群共有的特征,他們可以更詳細地找出這種動物的確切歸屬。

  我們今天使用的恐龍分類系統首次發表于1887年。在研究了構成恐龍臀部的骨頭的朝向后,古生物學家哈里·西利(Harry Seeley)提出,根據骨盆的結構,所有的恐龍都可以歸為兩類。與所有四足動物一樣,恐龍骨盆由三塊骨頭組成:髂骨、坐骨和恥骨。西利發現,在某些物種,比如蜥腳類恐龍中,恥骨指向身體的前部,而對于其他物種,比如鴨嘴龍,恥骨則指向背部,與坐骨平行。西利將前一類恐龍稱為“蜥臀目”(Saurischia),因為這些動物的髖骨方向與蜥蜴的相似;后一類恐龍則被稱為“鳥臀目”(Ornithischia),因為它們的臀部結構與現代鳥類相似。在西利的分類中,這兩大分支中演化出了更特化的恐龍群體,包括演化出暴龍、馳龍和鳥類等類群的獸腳亞目恐龍。

  從西利的時代開始,恐龍研究人員就一直把蜥臀目恐龍和鳥臀目恐龍區分開來。但是,在《自然》(Nature)雜志2017年的一項研究中,由英國劍橋大學古生物學家馬修·巴倫(Matthew Baron)領導的團隊提出了對這種分類的徹底重組。巴倫和他的團隊建議,應該把鳥臀目和蜥臀目分類放在一邊,采用一種修正過的演化樹——對臀部骨骼結構的二分法并不能包含一切。這個新的分類把獸腳亞目恐龍和鳥臀目恐龍歸為一個新的類群,稱為“鳥腿目”(Ornithoscelida),而蜥腳類恐龍和艾雷拉龍(herrerasaurids)——在三疊紀滅絕的早期肉食性恐龍——仍然屬于蜥臀目(嚴格來說是蜥腳亞目)。

  這樣的重組涉及恐龍演化樹底部附近的分支,代表著一次重大的改革,并且挑戰了建立在大約一個半世紀前研究基礎上的正統學說。新的分類有許多意義,比如表明肉食性恐龍獨立演化了至少兩次,分別是艾雷拉龍和獸腳亞目恐龍。由于這兩個群體之前都被認為是蜥臀目,因此傳統觀點認為,肉食性恐龍似乎只進化過一次。此外,羽毛曾經被認為存在于多種恐龍譜系中,但現在似乎只出現在獸腳亞目恐龍身上,而鳥類正是從獸腳亞目恐龍演化而來。此外,在長期使用的哈里·西利的演化樹中,我們并不清楚所有恐龍的最后共同祖先是蜥臀類還是鳥臀類,也不清楚從一種構造到另一種構造的演化過程可能發生了多少次。新的演化樹意味著,最早的恐龍具有似蜥蜴骨盆,而似鳥類骨盆的形態后來在多個“鳥腿目”支系中演化出來,特別是在鳥臀目和幾個獸腳亞目恐龍類群中。

  然而,許多古生物學家并不準備接受這一經過修改的演化樹;這是一個艱難的命題,意味著我們對恐龍演化史的理解發生了巨大轉變。一些研究人員呼吁,我們應該謹慎行事,進行更多的研究。

  一切都與骨骼有關

  

  左邊是傳統的恐龍演化樹,根據骨盆形態的差異,將鳥臀目和蜥臀目分開。右邊是馬修·巴倫及其同事提出的新演化樹,其中鳥臀目與獸腳亞目形成了一個新的類群,叫做“鳥腿目”(Ornithoscelida)。

  區分恐龍群體的關鍵是解剖數據,尤其是與骨骼相關的數據。然而,這些數據可能在某種程度上有些主觀,因此定義起來并不容易。當古生物學家試圖區分某一種恐龍或某個恐龍類群時,他需要借助其他骨骼形態學的差異記錄。如果有足夠多的差異被記錄下來,就能描繪出關于恐龍如何演化出不同物種的畫面——從演化枝層面一直到單個物種。

  從廣義上講,恐龍作為一個整體與其他爬行動物類群(如翼龍)的區別在于,它們的髖臼窩上有一個洞。雖然髖骨一直是研究的重點,但也有許多其他骨骼需要考慮,例如股骨和牙齒。雖然像迷惑龍(Apatosaurus)這樣的蜥腳類恐龍有相對直的股骨,類似于支撐古希臘神廟的柱子,但像暴龍這樣的獸腳亞目恐龍的股骨則更多地呈弓形。與此同時,蜥腳類動物的牙齒形態也有所不同:一些具有鏟狀的牙齒,而另一些的牙齒則更像釘子。

  這基本上就是巴倫和他的團隊在2017年的研究中所做的工作。他們建立了一個他們認為最能區分恐龍的形態學特征數據集,包括顱骨上獨特的開口,以及不同肢體骨骼的形狀差異。他們總共觀察了74個不同恐龍類群的457個特征,其中大部分數據來自之前發表的科學文獻。巴倫解釋稱,盡管他們并沒有打算從根本上重建恐龍的演化樹,但分析的結果使他們做到了這一點。

  復雜的演化樹基礎

  當你越接近恐龍演化樹的底部,也就是主要類群分化的地方,通過分析特征來區分恐龍物種的做法就越棘手。已知的早期物種都有相似之處,古生物學家往往很難分辨誰是誰。這也是爭議的根源。對于巴倫團隊修改的恐龍演化樹,蘇格蘭愛丁堡大學的脊椎動物古生物學家史蒂夫·布魯薩特(Steve Brusatte)表示,這些早期的恐龍物種——稱為“恐龍形態類”(dinosauromorph)——是解密恐龍演化樹基礎的關鍵。

  在恐龍形態類中,一個基礎物種是晚三疊紀的月亮谷始盜龍(Eoraptor lunensis)。該物種的化石發現于阿根廷西北部的月亮谷,是一具近乎完整的骨架。始盜龍是一種兩足恐龍,生活在2.3億年前的岡瓦納超級大陸上。它的大小和狗差不多,生活在恐龍成為陸地頂級掠食者之前,后來才演化出今天我們所知的許多著名恐龍物種。

  巴倫表示,月亮谷始盜龍的前肢似乎適合抓握,而且它看起來是“完美、標準的基礎恐龍物種”。因為從形態上看,它可能是幾乎任何恐龍的祖先——這在確定哪些恐龍可能是它的直系后代時是個問題。巴倫說:“始盜龍就像是一場噩夢……”關于始盜龍到底是什么,目前還眾說紛紜。

  巴倫和他的同事認為,始盜龍適合抓握的前肢類似于后來獸腳亞目恐龍的前肢。其他研究人員,包括在20世紀90年代協助發現月亮谷始盜龍的芝加哥大學古生物學家保羅·塞里諾(Paul Sereno),根據拇指骨骼等特征,認為它是蜥腳形亞目(Sauropodomorpha)的一員。蜥腳形亞目被認為是蜥腳類恐龍的祖先。塞里諾指出,月亮谷始盜龍的拇指骨頭彎曲,拇指的一側與地面接觸,這是后來蜥腳類恐龍的顯著特征之一。

  1961年,在南非侏羅紀早期的巖石中發現了另一種早期恐龍,塔克畸齒龍(Heterodontosaurus tucki)。古生物學家根據似鳥骨盆等特征將其歸類為鳥臀目恐龍。然而,2017年新演化樹論文的共同作者、倫敦自然史博物館的恐龍專家保羅·巴雷特(Paul Barrett)表示,塔克畸齒龍“具有許多只有肉食性獸腳亞目恐龍才有的特征”。塔克畸齒龍與獸腳亞目恐龍的相似特征包括細長的肩胛骨、臀部前方用于肌肉附著的突出部分,以及像月亮谷始盜龍那樣適合抓握的前肢。這些共同點使巴倫、巴雷特和他們的同事第一次意識到,恐龍演化樹“發生了一些更加復雜的事情”。

  巴雷特表示,塔克畸齒龍“是一種鳥臀目恐龍”,但基于新提出的恐龍演化樹,它似乎比原先想象的更接近獸腳亞目恐龍。

  這些早期恐龍生活在演化樹的底部,對上層結構有著重要的意義。但是,早期恐龍的身份還存在著很多不確定性:它們是什么?它們與后來的哪些恐龍關系最密切?這些都意味著它們在演化樹上的位置尚未確定。布魯薩特表示,這些早期恐龍“在演化樹上到處移動”,取決于你向誰提問。“這些奇怪的物種中有一些具有不同群體的特征組合。它們會造成麻煩,但也能讓我們看得更清楚。它們可以把不同類群聯系起來,”他說道。

  最重要的決定因素

  不過,在做出任何定義之前,科學家必須就各種形態特征(如拇指形狀)的重要性或相關程度達成一致意見,以便解釋不同物種之間的關系。這些特征應該如何評估呢?塞里諾指出,這種評估十分主觀。

  塞里諾表示,目前恐龍古生物學家整合和使用數據集的方式,以及他們建立演化樹的方式,都需要改變。他說:“你可以提出一個假說,然后忽略其他人以往觀察同一類群時所用的很大一部分數據。”

  例如,當研究人員評估骨骼形態時,他們可能會將骨骼的某個特定部分描述為圓形或方形,這取決于研究人員自己。此外,如果某個研究者不能判斷形態學是圓的還是正方形的,他們可能會簡單地標注這個特征“不存在”。但是,塞里諾解釋稱,“缺失”或“存在”與形態——感興趣的特征——無關,因此將形狀描述為“缺失”掩蓋了該特征在解釋演化關系方面的意義或相關性。

  塞里諾認為,恐龍特征的評估和數據集的使用都需要標準化,這是解決研究人員主觀性問題的唯一方法,“我們需要更多的規則”。

  這些新規則將如何形成尚不清楚,但在標準化之前,當不同的研究人員進行分析時,將繼續出現不同的結果和不同的演化樹。例如,在2017年修改恐龍演化樹的提議之后,布魯薩特及其合作者研究了巴倫團隊使用的同一組特征。他們仔細分析了研究中涉及的每一種形態特征,并根據自己的專業知識對它們進行了重新解釋。最后,他們提出了支持傳統鳥臀目和蜥臀目分類的演化樹。布魯薩特說,主觀性就是“這場‘游戲’的本質”。

  不過,這場爭論所有的參與者似乎都同意,“我們真的需要更多的化石,尤其是來自恐龍演化樹底部附近的三疊紀恐龍新化石,這些化石有助于理清這些支系之間的關系,”布魯薩特說,“(這場爭論)揭示出,我們以往認為的定論實際上還是一個謎,而這個謎必須被解開。”

  巴倫表示同意:“可能是兩三個發現造成了所有的不同。”

  目前,我們還不清楚哪種版本的恐龍演化樹——傳統的還是修正的——更接近真相。與此同時,為了克服意見上的分歧,古生物學家需要建立一套用于分析化石的標準指標,“我們需要更多的合作,”巴倫說。(任天)

責任編輯:王超

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