億萬年前的陸地霸主恐龍如何進化成為展翅藍天的鳥？這無疑是脊椎動物演化史中最為“震撼”的事件，過程中涉及大量骨骼系統、肌肉系統和表皮衍生物等結構的變化，這些變化或是趨同、或是同源作用的結果，但多數都與飛行的起源相關。
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)王敏研究員與周忠和研究員最新完成的有關恐龍到鳥類演化過程研究發現，在其形態多樣性和演化速率的深時變化方面，肢骨演化更慢，變化更小。
中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)的肢骨演化速率。 王敏 供圖這一“恐龍到鳥”研究的重要成果論文，北京時間6月5日夜間在施普林格·自然旗下專業學術期刊《自然-生態與進化》(Nature Ecology& Evolution)上線發表。
論文第一作者和通訊作者王敏介紹說，“恐龍到鳥”演化過程中最為顯著的就是以肢骨長度所代表的體型改變，例如從整體趨勢看，在演化樹上和鳥類關系更近的獸腳類恐龍有著相對更長的前肢。因此，系統地量化分析肢骨在鳥類起源過程中的動態演化軌跡，是認識“陸地奔跑的恐龍”成為“飛上藍天的恐龍(鳥類)”這一重要轉變的關鍵。
本項研究通過構建包含大量獸腳類恐龍和中生代鳥類肢骨的形態演化空間，以及量化鳥類、非鳥類副鳥類和非副鳥類獸腳類恐龍這三個類群的肢骨多樣性，發現早期鳥類肢骨的整體多樣性最低，非副鳥類獸腳類恐龍最高，類似的差異也反映在前肢上。不過，當研究對象聚焦于后肢時，差異就不明顯。
中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)兩個形態功能指數的演化。 王敏 供圖研究人員又對包括鳥類在內的中生代獸腳類恐龍肢骨的演化速率進行估算，結果顯示前后肢整體的演化速率在接近鳥類的起源節點時變慢，同樣的趨勢在前肢中也出現，但是在后肢的演化中卻沒有類似的變慢趨勢。這說明演化速率在原始鳥類中的放緩，仍然是前肢作用的結果。
此次研究還對兩個形態功能指標進行了量化分析，分別是反映飛行方式的臂指數和反映地棲能力的腳指數，仍然發現這兩個指數在鳥類中都是最低的，演化速率在鳥類中也是相對更慢。
“上述研究的發現與演化生物學的常識大相徑庭。”王敏指出，因為當某一種具有“演化革新”意味的特征(如上、下頜)或者形態功能(如飛行、咀嚼)在某一類群中出現時，通常認為該類群的演化速率會變快、多樣性也會增加，因為這些“革新”會幫助生物進入新的生態位。對于這一現象，本項研究認為早期鳥類在肢骨形態上多樣性的貧瘠，以及演化速率的降低，主要受前肢“拖累”，這是因為在飛行的選擇作用下，原始鳥類的前肢只能夠在適合空氣動力學作用的框架下發生有限變化。換句話說，原始鳥類具有的“骨骼系統藍圖”在一些非鳥類獸腳類恐龍中就已經出現了。
中生代獸腳類恐龍(包括鳥類)臂指數和腳指數的演化速率。 王敏 供圖王敏表示，隨著許多和飛行相關的進步特征，包括和飛行精細動作完成相關的肌肉、韌帶、骨骼的關節方式等在演化后期出現，前肢的變化才能突破“瓶頸”，最終演化出現代鳥類所呈現的形態多樣的前肢結構。
他透露，本項研究還為學界此前提出的、在鳥類演化伊始“肩帶演化在前，腰帶在后”這一假說提供了量化數據的支持。(完)
