小型獸腳類恐龍有多起近似飛行的獨立演化事件。圖片來源：香港大學

紐約自然博物館，一處存放標本的倉庫裏，中科院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）副研究員裴睿正在觀察一份獸腳類恐龍化石。

他觀察得很細緻，用上了各式各樣的測量工具，甚至會記錄某種恐龍每隻腳腳趾的擺放順序。這些詳盡的記錄，有助於人們理解鳥類的近親祖先怎樣進化出飛行能力。

8月初，相關成果在《當代生物學》發表，裴睿爲文章共同第一作者。

“先前的研究認爲，只有少數鳥類的近親祖先有近似飛行的動作，但事實上，這一範圍比我們預想得更大。”論文通訊作者、香港大學研究助理教授邁克爾·皮特曼告訴《中國科學報》，真正演化出飛行能力前，已經有許多鳥類的祖先在嘗試拍打翅膀。 

重建演化樹

加入古脊椎所前，裴睿曾在香港大學從事博士後研究。彼時他已經收集了一定數量的獸腳類恐龍標本數據。

這些獸腳類恐龍大多體形中偏小，其中，馳龍科和傷齒龍科作爲恐爪龍類，被認爲是與鳥類親緣關係最近的近親，爲更多人熟知的小盜龍即屬於馳龍科。

在重建小盜龍類演化樹時，裴睿注意到，隨着演化繼續，其體形有逐漸變小的趨勢。

“於是我們在分析中又加了一些和形態功能相關的數據，包括前後肢比例、體重等，這些數據似乎暗示着另一個趨勢：小盜龍類的飛行能力是逐步增強的。”裴睿意識到，這可能是一個獨立的飛行起源事件。

爲了釐清古生物發展脈絡，研究者常常需要藉助譜系演化樹。但在獸腳類恐龍演化爲真正鳥類的過程中，發生了許多平行演化事件。由於化石標定、特徵選取時存在差異，一些演化樹還存在模棱兩可的地方。

比如，近鳥類是獸腳類恐龍的演化支之一，其又分爲恐爪龍、馳龍和傷齒龍三大分支，在不同演化樹中，這三個分支有不同的先後順序。

爲了儘可能避免不確定性，裴睿等人重建的演化樹中，儘可能包含了所有小型獸腳類恐龍的數據。

他們與阿根廷國家科學技術研究委員會（CONICET）的研究者合作，優化了演化譜系分析的工作流程，爲不同的演化特徵賦予不同權重，以避免平行演化中出現模棱兩可的分析結果。

最終，研究小組確定了近鳥類是否有飛行潛力的兩項關鍵指標：翼負荷與起飛動力，前者決定了動物個體是否能持續飛行，後者即拍打翅膀時產生的力量，決定能否使動物離地。

三個突破

對古生物研究者而言，探尋動物演化的一大障礙是無法親眼見到過往真實場景。“我們無法看到動物怎樣做一個動作、能達到怎樣的效果。”裴睿表示。

一個迂迴的辦法是將古生物標本數據與現生動物做對比。研究小組同樣採集了現生鳥類的翼展長度、體重等數據，包括會飛的鳥類和不會飛的鳥類，並依據會飛鳥類的數據反推出翼負荷與起飛動力，將之帶入演化樹中比對。

文章中，以現生的鳥類爲參考標準，如果化石物種的翼負荷超過2.5克每平方釐米、起飛動力超過9.8牛頓每千克，才能算通過研究者設置的飛行門檻，即擁有主動飛行的潛力。

結果顯示，除了廣義的鳥類——鳥翼類，還有兩類物種通過了門檻，即馳龍科下屬的小盜龍和脅空鳥龍。

在其他物種中，研究者也觀察到了主動飛行潛能的跡象，如長羽盜龍、曉廷龍等。

“它們至少已經突破了一項指標，可能已有類似主動飛行的動作，它們在以自己的方式適應生存環境。”裴睿說，大部人認爲，恐龍的飛行能力是有限的，但動物的潛力超出人類想象。

如果觀察一隻鸚鵡的運動行爲，會發現在攀爬樹枝時，其前後腳趾的擺放順序會發生變化。“有時是一個腳趾在前、三個腳趾在後，有時是兩前兩後，有時三前一後，會根據場景的不同靈活運用身體的結構。”裴睿表示。但在古生物研究中，一般只會根據某種動物的化石形態，推測其腳趾最可能的單一運動方式。

此外，在現生鳥類中，研究者還觀察到一個動作：鳥類一邊拍打翅膀、一邊沿着斜坡向上奔跑，這種接近飛行的舉動也很可能存在於小型獸腳類恐龍中。   

“接下來，我們會深入研究這些非鳥類拍打翅膀的有趣現象，並找到更多恐龍未能真正飛起來的原因。”皮特曼總結道。