和恐龙同时代的鸟是怎么吃喝的,中科院发现最

日期:2019-09-27编辑作者:科技技术

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4月29日,《当代生物学》(Current Biology)发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所王敏、周忠和与舒柯文的研究成果。他们报道了一件保存有食团的反鸟类化石,这是迄今最古老的有关鸟类食团的化石记录。食团内主要为狼鳍鱼的骨骼碎片,这一发现首次揭示反鸟类能够以鱼类为食,并表明早白垩世的鸟类就已经具有和现生鸟类相似的消化系统。

中科院古脊椎动物与古人类研究所研究人员发现了一件保存有食团的反鸟类化石,并从中发现了含有狼鳍鱼骨骼碎片的食团,这是迄今最古老的有关鸟类食团的化石记录。研究人员表示,这一发现首次揭示反鸟类能够以鱼类为食,并表明早白垩世的鸟类就已具有和现生鸟类相似的消化系统。

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在鸟类漫长的演化历史中,它们失去了牙齿和厚重的上、下颌,取而代之的是轻质的角质喙,同时还演化出了特别的消化系统,使得他们能够将食物“囫囵”吞入,而不经过咀嚼。对于骨骼、毛发和几丁质等难以消化的东西,鸟类会以食团的方式将其从口中吐出,而并非像其它脊椎动物那样随着粪便排出体外。鸟类的胃分化为腺胃和肌胃,腺胃能够分泌消化液对食物进行软化,而肌胃则主要对食物进行机械的研磨(如食谷的鸟类,肌胃中会有胃石)。鸟类的肌胃和小肠之间的幽门狭小,且小肠壁薄,因此骨头等难以消化的东西难以通过幽门,而残留在肌胃里,随着肌胃的收缩,被压扁而成球状的食团,再通过消化道的逆蠕动作用,由肌胃向前运移,依次通过腺胃、食道,最终从嘴巴吐出。这样的消化过程不仅能够使鸟类快速将食物吞入体内,减小被捕食的机率,同时能将难以消化的东西迅速排出体外,减轻体重。

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这件保存有食团的反鸟类标本发现于辽西早白垩世的九佛堂组,距今约1.2亿年。在对标本的观察中发现,其肱骨下方有一纺锤形的团聚物,包含有狼鳍鱼的骨骼碎片。结合现生鸟类、鳄鱼的消化系统对比,研究者将其解释为鸟类的食团。食团的形成依赖于肌胃的收缩和消化道的逆蠕动作用,因此新标本的发现,表明现生鸟类所特有的消化特征(胃分化为肌胃和腺胃,肌胃能够有力收缩,消化道的逆蠕动作用)在早期鸟类中就已经出现了。而此前周忠和带领的课题组还发现了早期鸟类嗉囊的化石证据以及食性的多样性,这一系列发现都表明进步的消化系统是鸟类在中生代演化获得成功的重要因素之一。

这件保存有食团的反鸟类标本发现于辽西早白垩世的九佛堂组,距今约1.2亿年。研究人员在对标本的观察中发现,其肱骨下方有一纺锤形的团聚物,仔细分析后发现里面竟含有狼鳍鱼的骨骼碎片。结合现生鸟类、鳄鱼的消化系统对比,研究者将其解释为鸟类的食团。

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该项研究得到了中国科学院青年创新促进会、科技部“973”项目、国家自然科学基金项目的支持。

食团的形成依赖于肌胃的收缩和消化道的逆蠕动作用,因此新标本的发现,表明现生鸟类所特有的消化特征(胃分化为肌胃和腺胃,肌胃能够有力收缩,消化道的逆蠕动作用)在早期鸟类中就已经出现了。而此前该所其他课题组还发现了早期鸟类嗉囊的化石证据以及食性的多样性,这一系列发现都表明进步的消化系统是鸟类在中生代演化获得成功的重要因素之一。

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鸟类是人类最好的朋友。这样一种体披五彩羽毛,叫声婉转的生物已经在地球上生存1.5亿年了,远远早于人类的出现。目前,世界上有1万多种鸟,分布在所有大洲,点缀于包括森林、草原、极地、沙漠等多样的生态环境之间。

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鸟类演化的成功,与其特有的形态、生理结构和飞行能力密不可分。而其多样的食性也是重要因素之一,毕竟“入乡随俗”嘛。过去的20年里,大量的化石证据,特别是发现在我国东北地区早白垩世(距今1.31~1.20亿年)的热河生物群,为“鸟类起源于恐龙”的假说提供了最有力的科学依据,而这一观点也已经被广泛接受。相比于在《侏罗纪公园》里看到的霸王龙和迅猛龙,我们所看到的鸟类那么小巧,与这些庞然大物显得“八竿子打不着”;最明显的区别是,鸟类都没有牙齿,而霸王龙和迅猛龙口中锋利的牙齿,看着就让人不禁胆寒。

图1. 保存有最古老的鸟类食团的反鸟类

那么问题来了,与这些恐龙生活在一起的原始鸟类是什么样的?在这些食物链顶端的捕食者面前,鸟类该如何分得一杯羹?

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不断发现的原始鸟类化石表明,在鸟类演化伊始,它们是有牙齿的,在鸟类漫长的演化历史中,它们失去了牙齿和厚重的上、下颌骨,取而代之的是轻质的角质喙。伴随着这样的形态结构变化,鸟类还演化出了特别的消化系统。

图2. 反鸟类消化系统示意图

鸟类对食物的消化主要发生在胃里。鸟类的胃分化为靠近身体前方的腺胃和后侧的肌胃。

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腺胃能够分泌消化液,将食物软化。肌胃又叫砂囊,由于现生的鸟类没有牙齿,因而质地坚硬的食物不能像其他脊椎动物那样通过牙齿的咀嚼来磨碎,所以一些以谷子和种子为食的鸟类常常会吞咽砂砾,并将其贮存在肌胃里,利用这些砂砾对坚韧的食物进行研磨以达到机械消化的目的。因此,在以鱼类为食和其他肉食的鸟类中,如鹈鹕和鸬鹚,其肌胃很不发育,但是却有非常发达的腺胃。因为对质地较为柔软的肉类来说,以消化液为主的化学性消化才是主要的。在上述消化系统的辅助下,鸟类能够将食物“囫囵”吞入,而不经过咀嚼。吞进的食物会先在腺胃里历经消化液的洗礼,再进入肌胃。在这里,那些难以消化的食物残余,如骨骼、毛发和几丁质等,会在肌胃强有力的收缩作用下,被压缩成为球形的团聚物。接着,借助于消化道的逆蠕动作用,上述团聚物会从肌胃被反推到腺胃中,再进入食道,最后从嘴巴吐出,我们把这一吐出来的团聚物,称之为食团。而在其他脊椎动物中,这些难以消化的东西多是随着粪便排出体外。这样的消化食物方式,大大缩短了取食的时间,从而减少了被捕食者发现的机会;食团的形成,还能较快的减轻体重,减少飞行所需要的能量。

图3. 食鱼反鸟的生活复原图

以肉类为食的鸟类,如猫头鹰和猛禽等,常常需要把食团吐出,才能享受下一顿美食。而对于食团的研究,还能帮助判断鸟类的消化系统是否正常。

由于消化器官难以保存为化石,我们对于消化行为在鸟类演化的历史中是何时出现的,长期一筹莫展。最近,来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的王敏、周忠和和舒柯文,在《当代生物学》上报道了迄今最古老的鸟类食团化石,将这一化石记录向史前推早了至少8000万年。这一食团与一件反鸟类(反鸟类,是白垩纪非常繁盛的一类鸟,在白垩纪末期的生物大灭绝中全部绝灭了)的骨骼保存在一起,发现于距今1.2亿年的岩石里。这块食团成纺锤形,里面包含着紧密聚集的鱼类骨骼碎片,与现生鸟类的食团相同。这一化石的发现,表明现生鸟类所特有的消化特征——胃分化为肌胃和腺胃,肌胃能够有力收缩,消化道的逆蠕动作用,早在1亿多年前的原始鸟类中就已经出现了。此前,科学家还发现了早白垩世的鸟类就已经具有了嗉囊,并显现出食性的多样性,这一系列发现都表明进步的消化系统在鸟类演化之初就已经出现,使得鸟类能够在其近亲恐龙肆意横行的时候,仍能够大快朵颐。故事到这里还没有结束,新的化石还等待我们的发现。(作者为中科院古脊椎动物与古人类研究所副研究员)

(原载于《中国青年报》 2016年06月07日11版)

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