恐龙为什么有羽毛?

原则上,问某些恐龙为什么有羽毛与问鱼为什么有鳞或狗为什么有毛皮没有区别。为什么任何动物裸露的表皮都应该有任何类型的覆盖物(或者,就人类而言,几乎没有覆盖物)?为了回答这个问题,我们必须解决一个更深层次的难题:羽毛赋予恐龙什么样的进化优势,而这些优势是毛皮、鬃毛或简单的爬行动物鳞片所无法实现的?...

原则上,问某些恐龙为什么有羽毛与问鱼为什么有鳞或狗为什么有毛皮没有区别。为什么任何动物裸露的表皮都应该有任何类型的覆盖物(或者,就人类而言,几乎没有覆盖物)?为了回答这个问题,我们必须解决一个更深层次的难题:羽毛赋予恐龙什么样的进化优势,而这些优势是毛皮、鬃毛或简单的爬行动物鳞片所无法实现的?

The Chinese feathered dinosaur Mei long

大多数有羽毛的恐龙是兽脚类

在我们开始之前,重要的是要认识到并非所有恐龙都有羽毛。绝大多数有羽毛的恐龙是兽脚类恐龙,这是一个广泛的类别,包括猛禽、暴龙、鸟足纲动物和“恐龙鸟”,以及最早的恐龙,如猛禽和海龙。此外,并非所有的兽脚类动物都有羽毛:可以肯定的是,侏罗纪晚期的异龙和其他大型兽脚类动物如棘龙和霸王龙一样,都有鳞状皮肤(尽管越来越多的古生物学家认为这些恐龙的幼体和幼体可能长得非常可爱)。

兽脚类恐龙并不是蜥蜴目(“蜥蜴河马”)恐龙的唯一成员:奇怪的是,它们的近亲是巨大、笨重、象腿的蜥脚类恐龙,它们在外观和行为上与兽脚类恐龙几乎完全不同!到目前为止,绝对没有证据表明腕龙或磷灰石龙有羽毛的亲属,而且这样的发现似乎极不可能。原因与兽脚类恐龙和蜥脚类恐龙的不同代谢有关,下面将详细介绍。

什么是羽毛的进化优势(the evolutionary advantage of feathers)?

从现代鸟类的例子推断,你可能认为羽毛的主要用途是维持飞行;羽毛能捕捉到一小袋空气,并提供关键的“升力”,使鸟类能够翱翔于空中。然而,从所有迹象来看,羽毛在飞行中的使用严格来说是次要的,这是一种偶然的发展,进化是如此著名。首先也是最重要的是,羽毛的作用是提供绝缘,就像房屋的铝壁板或屋椽中的聚氨酯泡沫一样。

你会问,为什么动物需要绝缘?在兽脚类恐龙(和现代鸟类)的例子中,这是因为它具有吸热(温血)代谢。当一种生物必须产生自己的热量时,它需要一种尽可能有效地保持热量的方法,而一层羽毛(或毛皮)是进化反复青睐的一种解决方案。虽然有些哺乳动物(如人类和大象)没有皮毛,但所有鸟类都有羽毛——而羽毛的隔热能力并不比生活在寒冷气候中的不会飞的水生鸟类,如企鹅表现得更好。

当然,这提出了一个问题:为什么异龙和其他大型兽脚类恐龙缺少羽毛(或者为什么这些羽毛只存在于幼年或刚孵化的恐龙体内)。这可能与恐龙生活地区的气候条件有关,也可能与大型兽脚类动物的新陈代谢异常有关;我们还不知道答案(至于蜥脚类动物缺少羽毛的原因,那是因为它们几乎可以肯定是冷血动物,需要有效地吸收和辐射热量来调节内部体温。如果它们身上覆盖着羽毛,它们就会像微波土豆一样从里到外烘烤自己。)

恐龙的羽毛受到性别选择的青睐

当谈到动物王国中其他神秘的特征时——蜥脚类动物的长颈、剑龙的三角形板,以及兽脚类恐龙的明亮羽毛——人们永远不应该低估性选择的力量。进化因挑出看似随机的解剖特征并将其置于性超速状态而臭名昭著:雄性长鼻猴的巨大鼻子就是明证,这是该物种雌性更喜欢与鼻子最大的雄性交配的直接结果。

一旦兽脚类恐龙进化出了绝缘羽毛,就没有什么可以阻止性别选择接管并进一步推动这一过程。到目前为止,我们对恐龙羽毛的颜色知之甚少,但可以肯定的是,某些物种的羽毛颜色为鲜绿色、红色和橙色,可能是以性别差异的方式出现的(即雄性羽毛的颜色比雌性羽毛的颜色更亮,反之亦然)。有些原本秃顶的兽脚亚目动物可能在一些奇怪的地方长出一簇羽毛,比如前臂或臀部,这是另一种表明性欲的方式,而一些早期著名的恐龙鸟,如始祖鸟,则长有深色、光滑的羽毛。

航班呢?

最后,我们来谈谈大多数人与羽毛有关的行为:飞翔。关于兽脚类恐龙进化为鸟类的过程,我们还有很多不知道的地方;这一过程在中生代可能发生过多次,只有最后一次进化浪潮导致了我们今天所知的鸟类。现代鸟类是从晚白垩世的小型、轻快、有羽毛的“恐龙鸟”进化而来的,这几乎是一个公开和封闭的例子。但是怎么做呢?

主要有两种理论。这可能是因为这些恐龙的羽毛在追逐猎物或逃离大型捕食者时提供了额外的升力;自然选择倾向于增加升力,最后,一只幸运的恐龙实现了起飞。与这种“地面向上”的理论相反,还有一种不太流行的“树栖”理论,该理论认为,树栖小型恐龙在树枝间跳跃时进化出了空气动力学羽毛。无论如何,重要的教训是飞行是恐龙羽毛意外的副产品,而不是预定的目的!

有羽毛恐龙争论中的一个新进展是发现了小的、有羽毛的、以植物为食的鸟足类动物,如田玉龙和库林达罗米乌斯。这是否意味着鸟足类动物和兽足类动物都具有温血代谢?鸟类是否至少可能是由食植物的鸟足类动物进化而来,而不是食肉猛禽?我们还不知道,但至少在未来十年内,这将是一个活跃的研究领域。

  • 发表于 2021-09-06 07:08
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  • 分类:生物

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