探秘新疆哈密“翼龙公园”
2017-12-11 10:32:10   来源:化石网   评论:0 点击:

探秘新疆哈密翼龙公园(化石网报道)据经济日报(常理):在新疆哈密市东约100公里处,有一块占地7000多平方公里的雅丹地貌生态公园。在这里,沉睡着数以千万计的翼龙化石,因此被考古学家们形象地称为翼龙公园。




探秘新疆哈密“翼龙公园”
 
(化石网报道)据经济日报(常理):在新疆哈密市东约100公里处,有一块占地7000多平方公里的雅丹地貌生态公园。在这里,“沉睡”着数以千万计的翼龙化石,因此被考古学家们形象地称为“翼龙公园”。2005年,中科院古脊椎所的考古学家们在这里发现了几小块非常破碎的骨骼,后经鉴定为翼龙化石,从此揭开了哈密翼龙重大发现和研究的序幕。通过10多年的戈壁野外考察,哈密成为我国又一重要的翼龙化石宝库。

前不久,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院大学汪筱林研究员带领的新疆哈密科考队,在新疆哈密戈壁下白垩统地层中发现并抢救性采集了一件超过200枚翼龙蛋、胚胎和骨骼化石三维一体保存的重要标本。其中,16枚翼龙蛋含有三维立体的胚胎化石,这是全世界首次发现3D翼龙胚胎。

2017年12月1日,美国《科学》杂志在线发表了中国与巴西两国科学家组成的国际合作团队对哈密翼龙蛋与胚胎发现的重要成果。这是继2014年在哈密戈壁发现大量雌雄哈密翼龙和世界上首枚三维立体保存的翼龙蛋之后的又一次重要发现。

日前,《经济日报》记者随汪筱林团队前往新疆哈密,探秘“翼龙公园”。

飞行的先驱

翼龙属于爬行动物,具有独特的骨骼构造特征,是比鸟类早7000万年飞向天空的“空中霸主”

在恐龙统治地球的中生代,有一类动物始终占据着天空,自由翱翔于蓝天白云之间。它们大如飞机,小如麻雀,时而栖息倒挂在树梢上闭目养神,时而快速掠过湖面捕食鱼虾,溅起一串串洁白的水花。它们成群结队地在空中翩翩起舞,追逐嬉戏,俯瞰着大地上的万物生灵。这就是翼龙,比鸟类早7000万年飞向天空的“空中霸主”。

“虽然也叫龙,但是翼龙跟恐龙并不是同类,它们只是拥有同样的祖先,属于近亲。当恐龙占据着陆地时,翼龙却控制着天空。”汪筱林介绍说,翼龙起源于约2.2亿年前的晚三叠世,绝灭于6500万年前的白垩纪末期。翼龙有两大类,早期的喙嘴龙类比较原始,主要生活在侏罗纪,有一条很长的尾巴;晚期的翼手龙类主要生活在白垩纪,尾巴很短甚至消失。

翼龙属于爬行动物,并具有独特的骨骼构造特征。早在1784年,意大利古生物学家科利尼在德国发现第一块翼龙化石时,甚至不能确定它属于哪一类动物。有人认为它生活在海洋中,也有人认为它是鸟和蝙蝠的过渡类型,等等。直到1801年,法国著名的比较解剖学家居维叶才鉴定它为翼手龙,归于爬行动物。自从翼龙化石被发现后,人类就对这类非常奇特的最早飞向天空的动物充满了好奇,一直在苦苦探求它的秘密。

翼龙之所以被称为“空中霸主”,是因为其可以飞翔且体形庞大,在已发现的翼龙化石中,最大的翼龙两翼张开后达10多米,相当于一架战斗机的大小。

这么大的身形,想要飞起来着实不容易。在过去的研究中,科学家们发现,支撑翼龙飞行的翼膜结构,完全不同于其后能够飞行的脊椎动物——鸟类和蝙蝠类翅膀结构。翼龙的翼膜内除了分布着纤维外,没有骨骼支撑。因此,翼龙并不能像鸟类那样自由的、长距离的翱翔于蓝天,只能在它的生活环境附近如海边、湖边的岩石或树林中滑翔或在水面上盘旋。

但是,汪筱林团队通过对哈密翼龙十几年的考察和研究后,初步得出结论:翼龙为了适应飞翔需要,具有许多类似鸟类的骨骼特征,如头骨多孔,骨骼中空轻巧,胸骨及其龙骨发达,等等。因此,翼龙不仅能够进行短距离滑翔,还很可能具有强大的飞行能力。

首次发现3D翼龙胚胎

继2014年发现全球首例三维立体保存的翼龙蛋后,汪筱林团队又实现里程碑式突破,首次提出一种新的观点——翼龙胚胎发育并不像之前所认为的那么早熟,还需要成年翼龙的照顾

由于翼龙在飞行中需要演化出纤细中空的骨骼,非常不易于保存,所以在全世界范围内翼龙化石都十分稀少,而翼龙蛋和胚胎化石更是罕见。

2014年,《细胞》旗下的《现代生物学》以封面文章报道了汪筱林团队在我国新疆哈密发现的三维立体保存的大量雌雄哈密翼龙个体及其5枚蛋化石,这也是世界上首次报道三维立体保存的翼龙蛋。虽然这些翼龙蛋化石没有保存胚胎,却让研究者对翼龙蛋的蛋壳结构有了清晰的认识。

据中科院古脊椎动物研究所博士生蒋顺兴介绍,哈密翼龙蛋蛋壳是由一层薄的钙质外层和厚的壳膜内层共同组成的双层结构,与现生一些爬行动物如锦蛇的“软壳蛋”极为相似。

此次,汪筱林团队在《科学》杂志上发表的研究成果较2014年的成果又有了里程碑式的突破。据他介绍,成果标本由3块可以互相连接的砂岩块组成,出露面积约3.28平方米,已经暴露的翼龙蛋化石就有215枚,包括没有完全暴露的翼龙蛋,数量可能更多,推测可达300枚;同时,还有十余块头骨和下颌,以及数量众多的头后骨骼。在这件令人震撼的精美化石标本上,包括野外采集时散落的含有胚胎的蛋化石,目前已经确认的含有胚胎的翼龙蛋共有16枚。

“如此大量的翼龙蛋、胚胎和头骨等骨骼化石的集中发现,显示出哈密翼龙具有群居的生活习性,而且这里很可能是它繁殖产蛋地点之一。”汪筱林依据十多年的考古经验推测。

科学家们在对16枚保留胚胎的翼龙蛋进行详细周密的比对研究后,得出结论:哈密翼龙后肢发育速度较前肢快,孵化之后的婴儿具有地面行动能力,但还不能飞行。因为牙齿萌发较晚,它很可能也不能主动捕食,需要父母进行喂食或者照料。这就首次提出一种新的假说或观点,虽然是一种相对早熟型的胚胎发育模式,但翼龙胚胎发育并不像之前认为的那么早熟,还需要成年翼龙的照顾。

如此丰富的翼龙蛋与骨骼化石的特异埋藏,在全世界也是独一无二、绝无仅有的,那么是什么原因造成的呢?科学家们希望能够通过化石中的蛛丝马迹获取答案。

汪筱林团队通过沉积学和埋藏学观察,发现哈密翼龙蛋和骨骼化石主要产自于一套含有横向不稳定富含红色泥岩砾屑的灰白色湖相砂岩中,这些泥质砾屑不是从盆地外源搬运来的,而是来自盆地内源物质。化石富集层厚度都不大,所有化石毫无例外地富集在具砾屑的高能风暴沉积中。而且,骨骼化石虽然分散保存,但每一块纤细中空的骨骼几乎都是完整的,细长的头骨牙齿和薄薄的头饰都与头骨或下颌关联且保存完好。

“我们认为这些数量巨大的翼龙和翼龙蛋化石很可能经历了多次湖泊风暴事件,这种高能风暴经过翼龙的巢穴,将翼龙蛋及不同大小、不同性别的翼龙带入湖中岸边,经过短时间漂浮聚集后,与被撕裂分散的翼龙遗体一起被快速埋藏。” 汪筱林告诉记者。

揭示翼龙生长发育史

科学家选取哈密翼龙的两枚胚胎和数件幼年到接近成年个体的长骨进行研究,来了解翼龙个体发育阶段等生理信息,这是首次对翼龙胚胎进行组织学切片和显微结构研究

由于飞行需要,翼龙身体骨骼的骨壁非常薄,内部多中空。体现在骨组织上就是,翼龙骨骼的骨髓腔扩张速度很快,骨骼中心的骨松质和接近中心位置的骨密质无法保存,都被快速扩张的骨髓腔所占据。

“所以,要想通过骨组织学来了解翼龙个体发育阶段等生理信息,就需要从幼年到成年一系列完整的个体标本来进行研究。迄今为止,很少有哪个翼龙类型能够提供如此完整的化石材料。目前,仅有产自阿根廷的南方翼龙进行了从幼年到成年个体的骨组织学研究。”蒋顺兴告诉记者。

科学家选取了哈密翼龙的两枚胚胎和数件幼年到接近成年个体的长骨进行研究,这也是世界上首次对翼龙胚胎进行组织学切片和显微结构研究。

研究发现,翼龙胚胎主要由编织骨组成。这是一类含有大量血管道的骨组织类型,代表了最快速的骨骼生长速度,是一种在胚胎期和婴儿期才会出现的骨组织类型。几件幼年到亚成年大小不同的上肢骨骼则主要以纤层骨为主,这同样是一种生长速度较快的骨组织类型,说明翼龙具有较快的生长发育速度。

但是,其在不同的生长发育阶段也不同,即幼年个体只具有纤层骨;亚成年个体出现内层环状骨板,这是一种缓慢生长的次级骨组织,代表了骨髓腔已经停止生长,也是性成熟的一个标志;接近成年个体不仅骨髓腔停止生长,在最外层也会出现两层生长停滞线,这是生物体周期性生长留下的标志,代表一年。所以,最接近成年的个体在死亡时至少有2岁,但还没有完全达到成年。

此外,在此次研究中,科学家们还提出了一个重大假设:即翼龙类很可能是温血动物,这和传统认识中爬行动物是冷血动物的观念有着很大出入。

早在20世纪初,英国古生物学家曾认为,翼龙具备快速运动的能力,像蝙蝠一样,体上有毛,并有与鸟类相似的生活习性,因此,翼龙应该是体温恒定的热血动物。后来,在德国发现的喙嘴龙化石上找到毛的印痕。1970年,在哈萨克斯坦发现了一件比较完整的带有“毛”的翼龙化石,英国古生物学家通过对这件标本毛状物和翼膜结构的研究,认为它无疑属于温血动物。翼龙身体上的这些“毛”隔热保温,防止体内热量的散失,具有调节体温的作用,能直接证明翼龙是热血的恒温动物;另一个证据来自于翼龙的骨骼像鸟一样有一些具有调节体温的小气囊。

汪筱林表示,多年前,自己在辽西热河古生物群中就发现了带“毛”的翼龙。同时,与热河翼龙共生的带羽毛恐龙如中国鸟龙和尾羽龙等恐龙的发现,也确实证明一些小型兽脚类恐龙是温血动物。此外,在巴西掠海翼龙巨大的头部脊状构造上发现具有调节体温的血管的印痕,这些都是翼龙为温血动物的直接证据。

“事实上,翼龙为了适应飞行需要,已经具有内热和体温恒定的生理机制,较高的新陈代谢水平,发达的神经系统以及高效率的循环和呼吸系统,成为一类最不像爬行动物的爬行动物。”汪筱林说。

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