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雄龙带色彩,雌龙头饰小,安能辨我是雌雄? | 蒋顺兴

 风吟楼 2019-08-15

“当时的人还不知道有恐龙,更不知道有翼龙。当看到这个奇怪东西的时候,意大利的博物学家科里尼觉得这是一个海怪。”


蒋顺兴

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员

我们先来看这张复原图,大家可以在图中找到翼龙。

这是另外一张复原图,同样我们可以在右上角找到翼龙。

这也是一张复原图,与之前的复原图时代不同,这上面有两只翼龙。

翼龙真的长这样吗?科学家是怎么知道的呢?

翼龙是如何被发现的

翼龙是化石,它已经灭绝了化石是怎么形成的呢?生物在死亡之后迅速被埋藏,被沉积物覆盖,经过很长的时间就形成了化石。

地质学家、古生物学家在野外考察时发现化石,采集回来,就是我们在博物馆里看到的化石了。

化石主要成分是什么呢?主要是骨骼,只有硬质的部分才能保存为化石,软体的部分很难变成化石。

翼龙骨骼化石

图中所示就是一只翼龙的骨骼化石。

在少数情况下会保存一些软组织,比如像图中的翼龙,我们看到它有一些翼膜还有一些毛发结构

全世界第一个翼龙胚胎

此外,还有少量的胚胎和足迹的化石,这张图显示的是全世界发现的第一个翼龙胚胎,是在中国辽西发现的。

不光是化石本身,保存化石的地层同样也能提供很多信息,比如化石形成的时代、当时化石生存的环境

翼龙的研究史

世界上第一只翼龙

这是世界上发现的第一只翼龙,是在一七几几年的时候发现的。

科里尼

当时的人还不知道有恐龙,更不知道有翼龙当看到这个奇怪东西的时候,意大利的博物学家科里尼觉得这是一个海怪。这是翼龙翅膀的结构而他觉得这可能是海怪在水里划水的结构。

乔治·居维叶

直到1801年,法国著名的比较解剖学家乔治·居维叶,古脊椎动物研究的创始人,通过科里尼手绘的素描图,判断这是一种爬行动物

而两个划水的东西是它的手指,他觉得这是会飞行的、手指加长的一种爬行动物

他给它起名翼手龙,表示翅膀和手指两个组合在一起,后来又有了翼龙这个词。

翼龙化石分布地

世界上很多地方都有过翼龙,德国、美国、南美洲、南极洲都有翼龙化石的发现,但是最主要的地方之一是中国

中国的辽西地区新疆地区很多的翼龙化石。

地质年代表

这是一张地质年代表,上面的时间单位是百万年,在地质研究中通常用的是这样一个时间尺度。

翼龙是三种会飞的脊椎动物中出现最早的

会飞的三种脊椎动物分别是蝙蝠、鸟和翼龙。蝙蝠是在大约距今6000万~5000万年出现的;始祖鸟,大约是在距今1.55亿~1.5亿年出现的。

翼龙是什么时候出现的呢?比始祖鸟早多了,是在距今2.3亿年~2.2亿年出现的。

它灭绝于距今6600万年的白垩纪末期,也就是说它生活的时代大约距今1.7亿~1.6亿年,比鸟类生活的时间还要长。

翼龙的特征

翼龙翅膀的结构

这张图是翼龙翅膀的基本结构。翼龙最有特点的地方就是它的第四根手指,也就是我们的无名指。

这根手指有四节,每一节都很长,这样一个结构可以支撑起它飞行的翅膀。此外,它的翅膀上面还有皮膜。

蝙蝠、鸟、翼龙的翅膀结构

这三种会飞行的脊椎动物的翅膀结构都是不一样的。蝙蝠的手掌,除了第一根手指外的其他四根都非常长,这就形成一个支撑作用。

鸟是靠羽毛飞行的,所以它的骨骼已经弱化了。你回忆一下自己吃的鸡翅尖,鸡翅尖就是手掌和手指愈合在一起,就是图中绿色的部分。

这是一张羊膜卵动物的演化分支图,翼龙旁边就是恐龙。翼龙和恐龙是由一个共同的祖先演化出来的,但它们并不是同一个物种恐龙当中的一部分就演化成了现在看到的鸟类。

除鸟类以外已经灭绝的生物中,和它们亲缘关系最近的是鳄鱼,它们共同构成了一个类群,我们称之为主龙类。

我看到大家的回复中写了:翼龙是一种会飞的恐龙。其实并不是,翼龙只是跟恐龙有很近的亲缘关系,但它并不是恐龙。

喙嘴龙类和翼手龙类 

翼龙的两种类型,一类是长尾的,比较原始的,我们称之为喙嘴龙类”;另一类是比较进步的,短尾的,我们称之为翼手龙类

它们在形态上有一些明显的差别,在鼻孔的位置上、牙齿的分布上、颈椎的长短、掌骨的变化、最明显的尾部的变化以及它的第五根脚趾的变化上都不太相同。

悟空翼龙类

近几年,在中国辽西发现了一种悟空翼龙类的类型,它是介于前述两种翼龙的过渡类型,就是说它是从原始向进步演化中间的一个过渡环节。

这种翼龙有一些进步的特征(橙色的),还三个特征是处于这两个类型之间过渡的(蓝色的),它还有一个原始的特征(绿色的),所以它是一个过渡类型。

热河翼龙

保存非常好的热河翼龙,它发现于中国内蒙古自治区。

这种翼龙最大的特点是它的头,它的头是扁扁的,像青蛙的嘴一样。我们把它归入蛙嘴翼龙类,这么扁的头是容易捕食到那些昆虫的。

准噶尔翼龙

这张图显示的是中国命名的第一种翼龙类型准噶尔翼龙是由中国古脊椎动物学研究的开创者杨钟健院士在新疆发现的。

准噶尔翼龙生态复原

这是它的生态复原图。这种翼龙我们认为它是吃软体动物的。但是这个复原图有一个小问题,就像之前说的,我们不光从化石本身,还从保存的地层来了解古生物化石地层告诉我们这是生活在湖边的,而不是海边的。

它吃一些带壳的动物,为什么是这样呢?它头骨后面的三颗牙齿是它最大的牙齿。就像小猫小狗吃骨头时,它们把骨头放在最后面几颗牙齿所处的部位,这样可以咬得非常有力。

翼龙也是这样,它就是用自己巨大有力的牙齿把壳咬碎后吃东西的。

南方翼龙

这是在阿根廷发现的南方翼龙,长长的是头。这是复原图,我们观察它的下颌,上面密密麻麻、细细长长的是牙齿。

这种翼龙有1000多颗牙齿这种牙齿到底是干什么的?我们觉得它应该是用来滤食的。

火烈鸟

什么是滤食呢?你们有没有看过火烈鸟吃东西呢?

火烈鸟嘴部结构

火烈鸟就是一种典型的滤食性鸟类,鸟类都没有牙齿了,但是它形成了一个像南方翼龙牙齿结构的角质状的结构它把头倒过来置于水中,一边走一边左右晃动头部来进行滤食。

须鲸

还有一个典型的滤食动物就是须鲸,它的鲸须也不是牙齿,而是一种角质状的结构

须鲸捕食

须鲸有非常适合滤食的结构,它下面的部位在吸入大量水的时候会膨大,增加它一次性吞入水的体积,增加它的捕食量。

翼龙的食性

这张图给大家展示的是在刚吃完鱼又被另一种鱼吃掉的翼龙。

伊卡兰翼龙

这张图片上的翼龙叫伊卡兰翼龙。

阿凡达伊卡兰翼龙

这是它的一个头部化石,为什么叫伊卡兰翼龙呢?伊卡兰翼龙是它的属名,它的种名叫阿凡达伊卡兰翼龙

魅影

你们看过电影《阿凡达》吗?里面主角骑的一个红色的飞行异兽,就是图上这个,中文翻译叫魅影,这个魅影是怎么来的呢?

现实世界里肯定没有这种生物,从我研究翼龙的角度来看,它很像是古神翼龙和古魔翼龙两种翼龙的结合体。

古神翼龙

古神翼龙的头跟它非常像,但是没有牙齿

古魔翼龙

古魔翼龙有脊也有牙齿,但和它的脊的形状不一样,所以我觉得魅影是二者合在一起形成的。

伊卡兰

除了魅影之外,还有一种会飞的异兽,就是配角们骑的伊卡兰。它跟主角骑的魅影除了颜色上不一样之外,脊也不同。伊卡兰头上没有脊,而魅影头上有脊,头下还有脊。

阿凡达伊卡兰翼龙

伊卡兰翼龙的捕食

我们发现的这种翼龙也是头下有脊,头上没有脊,这在其他翼龙当中都是没有发现过的,所以我们称之为阿凡达伊卡兰翼龙

这种翼龙是怎么吃东西的?它也是吃鱼的,在它下颌有一个非常薄的半圆形结构,可能是在飞行减小阻力的,后面一个囊的结构是用来储存捕食到的猎物的。   

风神翼龙

我们接着说一下风神翼龙这大概是最著名的翼龙之一了,风神翼龙又叫披羽蛇翼龙,是目前发现的最大的翼龙类型之一。

但是,我们知道的风神翼龙的化石却很少。图中最边上这个长条状的是它的颈椎,图中b处是它的肱骨,是它上臂处的骨头。c和d两处是它的肩带,就是在关节处关联身体和翅膀的东西。

通过这个肱骨(大臂)的化石,科学家对翼龙身体的翼展进行了推测:跟翼手龙相比,他们觉得这种翼龙的翼展可能有11米;跟准噶尔翼龙和无齿翼龙相比,科学家推测这种翼龙的翼展可能有15.5米。

根据它的生长,推测它的翼展可能达到21米。但是当时的研究者并没有更好的理由选择其中任意一项,所以他们就选择了折中的方案,15.5米。

根据后来的研究发现,翼展达到15.5米的翼龙的肌肉量不足以支撑它飞起来,现在最可信的观点是它大概有11~12米的翼展,这已经是非常大的翼龙了。

风神翼龙复原图

我们在说翼龙化石时,一般都是说它的体长、翼展、身高,因为这些都可以通过化石知道。

而体重则需要通过一些方法来估计,信息不是特别准确,并且这种翼龙的翼展信息也不是那么准确。

这么大的翼龙到底吃什么呢?翼龙这么大,完全有能力跟霸王龙一争高下,所以有人认为它是在地面上捕食小型恐龙的。

还有人认为,它虽然大但翅膀的皮膜非常脆弱,要是被其他恐龙破坏了,它就飞不了了,因此它的地面能力很弱所以这种翼龙很可能吃霸王龙剩下的食物。

森林翼龙

我们再来说一下发现于中国辽西的最小的翼龙——森林翼龙,它的翼展是25厘米,就是燕子那么大小。我们认为这种翼龙生活在森林中,吃一些小虫子。

什么是性双型?就是雌雄、男女。你看到狮子时,很容易就能区分什么是雄性、什么是雌性。

看到孔雀的时候,也能区分什么是雄性、什么是雌性。但是你要想区分雌翼龙和雄翼龙,就不是那么容易的一件事了。

哈密翼龙

我们在哈密发现了很多哈密翼龙的头部,每个头上都有头饰,而且头饰都是在上面。而且我们发现有两种不同的头饰,一种比较大、厚,同时有向前弯曲的纹饰。

另外一种比较小、薄,但它的纹饰是直立的,所以我们推测这两种头饰一种可能是雄性的,一种可能是雌性的。

哈密雌雄翼龙

在自然界中,雄性通常用于展示,就像雄孔雀一样,它会非常艳丽,所以我们对这种翼龙进行了猜测复原。

我们可以看到图中下面的是雄性,它的头脊很可能是用来展示的,雌性的头脊相对比较小一些

无齿翼龙

在无齿翼龙当中,我们也能区分出它的雌雄来。头饰较大的是雄性,较小的是雌性

无齿翼龙是在北美发现的,而且化石数量非常多,非常奇特,所以在各类影视作品中,无齿翼龙出现的频率特别高。

电影《侏罗纪公园》里面出现过很多次,在《冰河世纪》里也出现了一个疑似的无齿翼龙。

无齿翼龙

为什么说是疑似呢?因为无齿翼龙是没有牙齿的但是《冰河世纪》里的这种翼龙,其他形态都跟无齿翼龙很接近,只是它是有牙齿的

不光影视作品里有牙齿,玩具上也有,为什么呢?我猜测如果一个翼龙没有牙齿显得很没有气势、不好看,所以就加上了牙齿。

玩具翼龙

2003年,德国古生物学家在研究一个巴西的翼龙标本时发现了图中这个东西,它的头的形态整体上跟无齿翼龙非常相似,但是它是有牙齿的。

他想既然有牙齿的无齿翼龙已经在玩具中出现了,我们不如叫它玩具翼龙,于是就有了玩具翼龙

猎手鬼龙

在中国,我们找到了跟玩具翼龙非常像的东西,它的头的形态跟无齿翼龙比较接近了,它的嘴里也有牙齿,并且非常长,当它的嘴闭合时,牙齿可以伸出头很长距离。这个叫猎手鬼龙。

翼龙蛋的秘密


翼龙蛋世界分布图

我们接下来说翼龙的蛋。这是翼龙蛋的世界分布图,在中国发现的最多,在阿根廷也发现了两个

在中国,除新疆哈密之外的其他地区,翼龙蛋发现的数量不超过10个,最近我们在新疆哈密发现了200多个翼龙蛋

图中显示的是全世界最早发现的三个翼龙胚胎,是在2004年报道的。

在这之前大家有过这样的推测:翼龙是爬行动物,爬行动物都是卵生的,所以翼龙也是卵生的。直到2004年发现真正的翼龙蛋之后,我们才确认翼龙确实是卵生的。

翼龙化石

这是另外一个翼龙化石,保存了翼龙和它的蛋。我们后来又找到了一个标本。

另一半标本

其实这个标本就是前面这个标本的另外一半。这两个化石标本是同一个化石的正负面。

双侧发育的输卵管

在负面上,我们找到两个蛋做了一张复原图。大家看到这两个圆圈就是它的蛋,这两个蛋大小相当,发育程度也相当,所以我们认为翼龙很可能是具有双侧发育的输卵管

这有什么特别之处吗?有特别之处。在现生的鸟类中,除了猫头鹰及一些猛禽外,大多数的鸟类只有单侧的输卵管发育

有这样一种观点:鸟类单侧输卵管的退化可能与它的飞行相关,是为了减轻它的体重。

但是我们发现翼龙两侧的输卵管同时发育,同时产蛋,这并不影响它的飞行,所以鸟类单侧输卵管的退化可能需要其他的解释。

这是我们在哈密发现的全世界第一个三维保存的翼龙蛋,它的表面有一些裂纹,这说明蛋的表面是硬壳的。同时能看到它还有一些凹陷,这说明它是一个塑性的,可能是软壳的。

那么这个蛋到底是硬壳的还是软壳的呢?我们找了一个锦蛇的蛋,切片后做了扫描电镜。

观察结果如图:绿色部分是它的钙质层,我们吃的鸡蛋外面硬的壳就是钙质层。这个翼龙蛋的钙质层非常薄,只有60微米,而鸡蛋有三四百左右微米。

图中蓝色部分是它的壳膜层,锦蛇蛋的壳膜层是200微米厚。鸡蛋的蛋壳和蛋白之间有一层薄薄的膜,这个就是壳膜层,非常薄。我们发现翼龙的壳膜层很薄,可能只有10微米厚。

我们之前说成为化石的大多数是它的硬的部分,我们推测翼龙和锦蛇有非常相似的蛋壳结构,薄薄的钙质层,很厚的壳膜层,只不过翼龙蛋的壳膜层没有完全保存下来。形成了刚才看到的:既有塑性的变形,又有脆性的破裂的结构。

翼龙蛋和翼龙胚胎分布图

这张图显示的是我国200个翼龙蛋和十几个翼龙胚胎的分布图。图上椭圆形的就是翼龙的蛋,每个大约有6厘米长,同时还有一些骨骼。

图中12号胚胎是我们发现的化石中唯一保存有翼龙头部的它的下颌是V字形的结构,我们通过各种方式来了解它的下颌有没有牙齿。

很遗憾,我们没有找到牙齿。我们得出这样一个推测,这种翼龙在孵化之后还没有牙齿,不能自己捕食,还需要父母的照顾。   

三维重建后的翼龙蛋

这是另外一个翼龙蛋,我们对它进行了CT扫描,进行了三维重建。这就是它内部骨骼的部分,里面有各种各样的骨头。

翼龙肱骨和股骨

我们拿出其中的两个给大家解释一下,一个是肱骨,一个是股骨。肱骨是翼龙大臂的骨头,股骨就是它的大腿里面的骨头。

肱骨在胚胎中跟其他化石不一样的地方,就是图中箭头所指的位置,叫三角肌脊,是附着三角肌的位置。

不一样的是它还没有发育,我们推测翼龙在刚刚孵化之后,它还不能飞行,利于飞行的肌肉没有完全形成。

但是我们看到在大腿骨骼上面,红色箭头指的就是股骨头、股骨颈的位置。人类也有这个结构,它跟你的腰带联结在一起,股骨头在里面可以转。

在翼龙胚胎里,它的股骨头和股骨颈已经发育了,很有可能翼龙在孵化之后就具备了在地面行走的能力。

总结一下:哈密翼龙在出生后只能在地上走,不能飞,还需要父母的照顾,是一种相对早熟的翼龙。

野外工作

这是在野外发现的一块落石,上面有一块很大的翼龙化石。我们用大型交通工具把它搬运回去进行了修理,现在在哈密博物馆里展出。这上面有200多块翼龙的化石,十几块头骨,还有一两个小恐龙。

互动环节

观众1:恐龙研究是如何确定恐龙的皮肤的样式的?

蒋顺兴:不管是恐龙还是翼龙,要确定它的皮肤是很困难的。恐龙化石中能看到的皮肤非常少,保存为化石的主要是骨骼,但是我们能够推测出它的皮肤。

因为恐龙和翼龙都是爬行动物,爬行动物大多数都是长鳞片的,这在早期是被很多的古生物学家以及电影制作者所接受的观点。

但是随着对化石的进一步发现,我们发现恐龙、翼龙不仅长有鳞片,它们还长毛。

恐龙的毛很可能是羽毛的祖先,我们称之为原始的羽毛,在翼龙中也有毛发的结构。但是翼龙的羽毛和鸟的羽毛关系到底是什么还不确定。

补充一点,虽然说化石中的皮肤少,但是并不是没有。在最近的一两年间,美国发现了一个保存非常完好的角龙化石,它的皮肤、肌肉都被保存了下来。

翼龙的化石也不是没有皮肤,只是很少,在我看到的几个标本里面有鳞片的结构,但是这些鳞片都局限在它的脚上,它的身体上没有看到鳞片的结构,所以我们所知道的关于皮肤、肌肉的信息非常有限。

99%的恐龙颜色都是我们想象的,只有很少的一部分是通过色素体残留来推测的。

观众2:翼龙会不会像大雁一样迁徙?

蒋顺兴:我觉得它会,因为研究发现有一些翼龙能够飞越很长的距离,几千公里的距离都可以,它有像鸟类一样翱翔的能力。

它利用上升气流来进行飞行,所以可以节约体力进行长距离飞行。翼龙其实生活了非常长的时间,与鸟类从出现到现在的时间一样长,甚至更长,它一定是有很丰富的多样性,所以也存在这种可能性。

观众3:翼龙的骨骼和样貌都很近似,如何分辨它的雌雄和种类呢?

蒋顺兴:在现在的自然界,你很容易区分雌雄,但是化石很难区分雌雄。如果两群翼龙非常相似,但是又有一些差别,那么它们是属于两种不同的类型还是同一种类型中的雌雄呢?

这是很难回答的,因为化石中没有办法判断雌雄,甚至不能判断是不是同一个属种。

但是有一点,在一些偶然的情况下可以解决这种问题,就像在哈密,我们在这个地方只发现一类翼龙,除了头上的结构不一样之外,其他都一样,所以它们首先是一类的。

基于它们的头脊不一样,我们才作出推测,是雄是雌。我们并不是每次找到不同的翼龙都可以判断雌雄,只有极少数情况下才能判断雌雄。这些都是从化石中才能知道的。

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