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  • 《PNAS》刊发临沂大学王孝理教授、郑晓廷教授古生物研究新成果

10月22日,美国科学院院刊《PNAS》发表了临沂大学生命科学学院(地质与古生物研究所)王孝理教授、郑晓廷教授与约翰内斯堡大学、中国科院古脊椎动物与古人类研究所、南京地质与古生物研究所等单位合作研究的最新研究成果《Archaeorhynchus Preserving Significant Soft Tissue including Probable Fossilized Lungs》。

鸟类拥有非常高效的呼吸系统,包括单向的空气流动,有气囊支持的肺脏,高度气孔化的骨骼。虽然有证据表明单向空气流动属于主龙类的祖征,但现代鸟类式呼吸系统的起源仍然是一个未解之谜。论文报道了在一件距今1.2亿年前的原始鸟类上保存的肺部结构,为揭示早期鸟类呼吸系统的演化提供了关键信息。

保存肺部结构的是一件发现于早白垩世热河生物群的始吻古喙鸟化石,古喙鸟是目前已知的最原始的今鸟型类代表。研究人员通过包括扫描电镜在内的多种方法发现了疑似肺部结构的痕迹,详细的形态学研究表明古喙鸟已经具有和现代鸟类极为相似的肺部结构。鸟类的呼吸系统高效而独特,尤其是其肺演化出了一系列特征,例如分块的薄壁系统、分支气囊、肺内单一方向气体流动、肺高度分化从而扩大表面等,均保证了充分的气体交换,从而满足飞行时巨大的有氧代谢需求。已有的化石证据表明单一方向气体流动这一特征在恐龙(包括鸟类)演化历史中出现较早,但是能够进一步揭示肺的结构的化石还从未在主龙类化石中有过发现。主龙类是包括鳄鱼、翼龙和恐龙(包括鸟类)等在内的一类双弓类羊膜动物。古喙鸟的肺部结构显示了和现代鸟类相似的高度分化,表明与飞行相适应的高度气体交换能力在鸟类演化早期就已经出现。

研究人员还发现古喙鸟具有独特的尾羽结构。古喙鸟的尾羽是由12根羽片状羽毛构成的扇状尾羽,位于中间的一对尾羽长度明显超过两侧的其他尾羽,形成一种在现代鸟类中常见的“尖尾”形态,但这样的尾羽形态却未在其他中生代鸟类中有过报道。结合此前的化石发现,越来越多的证据表明现代鸟类所特有的生理结构(如消化系统和呼吸系统)出现的时间很有可能早于骨骼系统的改变。

该项研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。(通讯员:房霞 张秀军)

文章链接:https://doi.org/10.1073/pnas.1805803115 

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