翼龍怎樣飛上天？哈密翼龍化石揭秘：又像蝙蝠，又像鳥(niǎo)
相較于爬行，飛行對于肩關(guān)節的活動(dòng)幅度有著(zhù)更高要求哈密。7000萬(wàn)年前，作為最早演化出動(dòng)力飛行的爬行動(dòng)物，翼龍是如何突破這種生理限制，從地面飛上藍天的？最近，中國科學(xué)家從哈密翼龍的肩帶化石上找到了端倪，并由此揭示出翼龍的飛行機制。該成果在國際學(xué)術(shù)期刊《解剖學(xué)記錄》的中國古生物專(zhuān)輯上在線(xiàn)發(fā)表。
這項研究的主要完成者包括中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所汪筱林、周忠和研究團隊，以及中國科學(xué)院大學(xué)、中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院哈密。
中生代的翼龍是最早演化出動(dòng)力飛行的爬行動(dòng)物，早于鳥(niǎo)類(lèi)約7000萬(wàn)年征服藍天，其飛行機制激發(fā)了人們對飛行探索的欲望哈密。
翼龍的皮膜翼讓一些早期學(xué)者認為它們的飛行類(lèi)似蝙蝠哈密。但隨著(zhù)研究揭示了翼龍與鳥(niǎo)類(lèi)具有更近的系統發(fā)育關(guān)系，后來(lái)的學(xué)者更多以鳥(niǎo)類(lèi)作為翼龍飛行研究的參照對象。翼龍顯然具有一些與鳥(niǎo)類(lèi)相似的肩帶特征，包括馬鞍狀的肩臼窩，柱狀的烏喙骨及非常發(fā)育的頂烏喙突等。
但翼龍缺少叉骨，肩胛骨與背椎構成關(guān)節，且有愈合的肩胛烏喙骨等特征則明顯與鳥(niǎo)類(lèi)不同哈密。以往研究也注意到翼龍和鳥(niǎo)類(lèi)的飛行機制之間可能存在差異，比如喙上肌可能不是翼龍翅膀上揚的主要動(dòng)力，但這些結果并未得到廣泛的認可。
▲與哈密翼龍頭骨等化石保存在一起的肩帶標本
哈密翼龍富集于白堊紀的湖相地層中，由于湖泊風(fēng)暴導致的大量集群死亡和特異埋藏，在化石地點(diǎn)發(fā)現了大量三維保存的從幼年到成年不同發(fā)育階段的骨骼及其蛋和胚胎化石，世所罕見(jiàn)哈密。
近二十年來(lái)，汪筱林研究員帶領(lǐng)哈密科考隊對哈密翼龍及其沉積地層開(kāi)展了持續的野外考察和研究工作，揭示了關(guān)于哈密翼龍形態(tài)特征、系統發(fā)育、生長(cháng)方式、繁殖、群體習性及化石埋藏等多方面的信息，為還原其歷史生活環(huán)境面貌提供重要參照，也為進(jìn)一步研究其飛行奠定了良好的基礎哈密。
肩帶關(guān)節方式非常獨特
為了深入了解翼龍的飛行機制，本研究對數件哈密翼龍肩帶標本開(kāi)展了詳細的形態(tài)學(xué)和組織學(xué)分析哈密。
組織學(xué)特征分析發(fā)現了哈密翼龍肩臼窩中的鈣化透明軟骨組織，其肩胛骨與烏喙骨在個(gè)體成年之前就已經(jīng)完全愈合形成骨性結合，這與鳥(niǎo)類(lèi)中終生不愈合的肩胛骨與烏喙骨、以及現生鱷類(lèi)在成年中愈合的肩胛烏喙骨均不同哈密。
該特征在系統發(fā)育位置非?；傻囊睚堉芯鸵呀?jīng)出現，可能代表翼龍類(lèi)的祖征哈密。哈密翼龍肩帶的愈合情況表明翼龍并未如鳥(niǎo)類(lèi)一樣，伴隨飛行的演化而出現分離的肩胛-烏喙骨關(guān)節，反映了翼龍與鳥(niǎo)類(lèi)飛行機制的差異性。
▲哈密翼龍肩帶組織學(xué)特征
飛行肌肉與鳥(niǎo)類(lèi)相似
前人研究認為，翼龍頂烏喙突（二頭肌結節）與烏喙骨骨體之間的溝槽為氣囊導管的通道，翼龍的喙上肌如鱷類(lèi)一樣位于烏喙骨外側，不具有抬升肱骨的功能哈密。
本研究通過(guò)對哈密翼龍肩帶進(jìn)行CT掃描三維模型重建和形態(tài)學(xué)分析表明，其頂烏喙突與烏喙骨骨體之間的溝槽通向肩臼窩而非氣凹哈密。氣凹位于溝槽前側，貫穿烏喙骨骨體內連接下方氣凹。兩個(gè)氣凹可能是前部氣囊系統的構成部分，分別為其入出口，氣囊導管可經(jīng)由前方及下方氣凹與氣囊連接，不必經(jīng)行后方溝槽。
因此，該溝槽更有可能是喙上肌肌腱的切跡，指示其喙上肌如同鳥(niǎo)類(lèi)一樣繞行頂烏喙突內側連接肱骨近端，頂烏喙突可實(shí)現類(lèi)似的滑輪功能哈密。翼龍可能如鳥(niǎo)類(lèi)一樣利用喙上肌收縮實(shí)現翅膀上揚。
▲哈密翼龍肩胛烏喙骨與鳥(niǎo)類(lèi)肩帶形態(tài)對比哈密，及肩關(guān)節和喙上肌重建示意
不同于鳥(niǎo)類(lèi)哈密，翼龍肱骨難以轉動(dòng)
翼龍肱骨頭與肩臼窩的關(guān)節面均凹陷，構成鞍狀關(guān)節，與鳥(niǎo)類(lèi)凸起的肱骨頭和半鞍狀肩關(guān)節不同哈密。這種關(guān)節形態(tài)使肱骨頭可以在垂直和水平兩個(gè)方向運動(dòng)，但會(huì )限制肱骨頭在肩臼窩中的旋轉，導致翼龍可能無(wú)法像鳥(niǎo)類(lèi)一樣依靠肱骨旋轉改變翼面形態(tài)，來(lái)減少翅膀上揚阻力。同時(shí)，皮膜質(zhì)的翅膀也無(wú)法像飛羽一樣產(chǎn)生空隙。因此翼龍需有其他方法來(lái)調節翅膀形態(tài)以減少飛行阻力，可能需要在同樣具有皮膜翼的蝙蝠中尋找答案。
對哈密翼龍肩帶骨骼的形態(tài)學(xué)和組織學(xué)分析顯示，翼龍的飛行機制既有與蝙蝠的相似性，又有與鳥(niǎo)類(lèi)的相似性，還有自己的獨特適應哈密。在研究翼龍飛行時(shí)，應當進(jìn)行綜合考量，才能取得較為可靠的結論。
作者：許琦敏
圖片：受訪(fǎng)者提供
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