“兽脚类恐龙进化成鸟类是生命进化史上最伟大的进化历程之一。”
——选自《当代生物学》上刊登的论文
恐龙中的某些种类躲过了灭顶之灾。它们长出了胸骨、翅膀和羽毛,随后便飞向了更安全的生存环境。这类恐龙就是现代鸟类的祖先。
恐龙如何进化成鸟类这个问题难住了古生物学家,但答案目前正逐渐变得明朗起来。
这个问题之所以难回答,是因为科学家在进化如何起效的问题上尚未达成共识。就像爵士乐有中心主题,但也会根据中心主题即兴变化出不同主题—样,在进化如何起效的问题上也存在两个中心主题和其他几个变化出的主题。本文主要探讨两个中心主题。
“线系渐变论”。这种理论认为,大部分新物种都是一点一点缓慢产生的,属于循序渐进式,需要花费很长一段时间才能定型。某一物种所有成员会在一段时间内不约而同地发生变化,直到这种变化将老物种变成新物种。
“点断平衡理论”。这一理论的要义也可以从它的名字中看出。想象一个句号或者惊叹号吧,该理论认为,一个物种在很长一段时间都没有什么显著变化(某些科学家将这一情况称为“停滞”)。随后,在到达某一个时间点后(即那个惊叹号),该物种在短时间内(从地理学层面来说)经历快速变化,变化的结果要么是灭绝,要么是从原始物种中进化出一个全新物种。
用以上两种进化理论作为指导,古生物学家试图弄清鸟类是在何时、通过何种方式从它们霸王龙模样的亲戚那里进化来的。遗憾的是,他们没能从化石记录中找到一个清晰的标志点,能够表明就是从那一刻开始,恐龙进化成了鸟类。
有个国际研究小组近期的努力让这方面的研究变得稍稍容易了一些。这个研究小组绘制出了迄今为止最详尽的恐龙到鸟类进化图谱。这个小组的研究员都是“兽脚类恐龙工作组”的成员,他们在研究过程中或许已经发现了进化的内在机制。
这是美国自然历史博物馆开展的一个项目,旨在尽可能多地发现各种兽脚类恐龙之间的进化关联。虽然听上去有些复杂,但实际上简单易懂。
恐龙进化图谱或恐龙家族的生命树(学名为“种系发生树”)是根据某些具体的宏观和微观的身体特征,将彼此有关联的恐龙化石分成一组。例如,髋骨上有没有洞,牙齿是否因为长期咀嚼多纤维植物而留下磨损的痕迹,又或者股骨的大小和形状。不同恐龙个体间共有的身体特征越多,越意味着这些个体在活着时彼此间的关联越紧密。分组后便形成了“科”“属”和“种”,其中属于同一“种”的恐龙个体间的关联最为紧密。研究人员会用线来描绘每组恐龙之间的关联,类似一棵树的树干上长出的一枝枝树权,而整体结构则形似一棵大树。
为了探寻某种恐龙的进化过程,弄清它是怎么随着时间而发生变化的,古生物学家需要自己描绘或借鉴他人已经画好的种系发生树。此次,研究员锁定从兽脚龙亚目演化出的一支——虚骨龙,绘制出新的恐龙到鸟类的种系发生树。
新的种系发生树的不同在于,它将所有虚骨龙群组都包括在内,比如霸王龙,而不单单只包括拥有鸟类身体特征的兽脚类恐龙群组。研究员随后整合了一个数据集,包括150种已灭绝的虚骨龙最优质化石的相关信息。之后他们又研发出了一个计算机模型,对虚骨龙种群的853项特征进行数据分析。由于研究将鸟类放在更宽的演化背景中,加上极其精细的化石比较,最终成功地追溯了过去几千万年间恐龙到鸟类的进化历程。
不过,研究小组也没能从化石记录中发现恐龙和鸟类之间存在直接关联。但他们的发现意义重大。
打个比方,一个发明家一直自己在小屋里倒腾,打算创造出一项新发明。他尝试了一个又一个计划,制作出一件又一件东西。造好的能用的留下来,其他的放在一旁。自始至终,没人明白这位发明家要做出一件什么东西来。突然有一天,发明家决定把所有的部件组合起来,每一个部件都完全适用于他的新发明,这时他可以把自己的成果公之于众了。“兽脚类恐龙研究组”的发现就类似于这位发明家制造的零散部件。
研究小组对恐龙身体在过去几百万年间发生的变化进行了分析,发现非禽类恐龙到禽类恐龙的转化并非是“一蹴而就”的。相反,就像那项神秘的发明一样,恐龙身体产生的变化十分微小,且是在经年累月间慢慢产生的。事实上,假如一名自然学家一直研究中生代时期的恐龙,那么他会发现,伶盗龙属恐龙与始祖鸟类恐龙之间的差异并不明显。
一旦鸟类所需的所有身体构造包括羽毛、胸骨、翅膀、气囊等由恐龙的身体进化齐备,一副基本鸟类骨架形成后,鸟便自然而然地要展翅翱翔了。
研究人员目前还无法说清鸟类为什么会以这种方式完成进化,但他们猜测鸟儿进化的方式会在某种程度上揭示进化是如何起效的。
按照研究人员的思考方式继续推理,你就会发觉他们的发现支持了“点断平衡理论”。他们将禽类身体构造的最终成型视为鸟类进化历程中的感叹号。他们指出,最后,在鸟类骨架到位,变得与恐龙的身体构造截然不同时,鸟类迅速分化出了如今在我们天空中飞翔的成百上千种鸟类。