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刚刚,哈密“翼龙伊甸园”奇迹复活!12月1日美国《科学》(Science)在线发表:全球首次发现三维翼龙胚胎

作者:微联哈密微生活 来源:微联哈密微生活 公众号
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12-01

你知道吗?

你知道吗,在我们生存的地球上,哪种脊椎动物最早飞向天空?


让我们告诉你,在恐龙统制地球的中生代,有一类动物却始终占据着天空,自由地翱翔于蓝天白云之间。


他们大如飞机,小如麻雀,时而栖息倒挂在树梢上闭目养神,时而快速掠过湖面捕食鱼虾,溅起一串串洁白的水花。他们成群结队地在空中翩翩起舞,追逐嬉戏,俯瞰着大地上的万物生灵。


这就是翼龙,一类非常奇特的最不像爬行动物的爬行动物,比鸟类早七千万年飞向天空的空中霸主

 哈密翼龙生态复原图(赵闯绘)


2017年12月1日美国《科学》(Science)在线发表了中国与巴西两国科学家组成的国际合作团队对哈密翼龙蛋与胚胎发现的重要成果。


这是继2014年在哈密戈壁发现大量雌雄哈密翼龙和世界上首枚三维立体保存的翼龙蛋之后的又一次重要发现。

 砂岩中保存的两百多枚翼龙蛋


中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院大学汪筱林研究员领导的新疆哈密科考队,经过十余年连续的野外科考工作,在新疆哈密戈壁下白垩统地层中发现并抢救性采集了一件超过200枚翼龙蛋、胚胎和骨骼化石三维一体保存的重要标本,其中16枚翼龙蛋含有三维立体的胚胎化石,这是全世界首次发现3D翼龙胚胎。


▲ 哈密翼龙胚胎出壳——赵闯绘


翼龙是地球上第一类飞向天空也是唯一绝灭的的飞行脊椎动物,因其飞行的需要演化出纤细中空的骨骼,所以在全世界范围内翼龙化石都十分稀少,而翼龙蛋和胚胎化石更是罕见。


数百枚3D翼龙蛋和胚胎化石在哈密发现


数百枚3D翼龙蛋和胚胎化石在哈密发现,证实翼龙具有群居的生活习性

在对哈密地区长期的野外考察中,汪筱林率领的科考队十多年如一日,考察了上千平方千米的戈壁大漠,厘定了翼龙及恐龙化石的发布范围、富集和埋藏规律。


▲ 资料图


其中翼龙化石主要产自于一套夹有红色泥岩砾屑的风暴沉积的灰白色湖相砂岩中,其中富集翼龙蛋和头骨等骨骼化石的风暴事件沉积层厚度大约在10-30 cm之间,在2.2米的剖面上,有八层富含翼龙化石,其中四层含有翼龙蛋化石。


这次研究的标本由三块可以互相连接的砂岩块组成,出露面积约3.28平方米,已经暴露的翼龙蛋化石就有215枚,包括下伏没有完全暴露的翼龙蛋,数量可能更大,推测可达300枚,同时还有十余个头骨和下颌,以及数量众多的头后骨骼。


 翼龙化石局部放大图


在这件令人震撼的精美化石标本上,包括野外采集时散落的含有胚胎的蛋化石,目前已经确认的含有胚胎的翼龙蛋共有16枚。


大量翼龙蛋、胚胎和头骨等骨骼化石的发现,显示哈密翼龙具有群居的生活习性,而且这里很可能是它繁殖产蛋地点之一。


孵化出壳后的翼龙婴儿只会走不会飞


之前,由于翼龙蛋与胚胎研究材料少之又少,古生物学家对于翼龙的胚胎和生殖发育等方面的了解还十分有限,此次研究在这方面取得若干重要进展。对42枚翼龙蛋化石进行显微修理或者CT扫描。


科学家认为哈密翼龙后肢发育速度较前肢快,孵化之后的婴儿具有地面行动能力,但还不能飞行,因为牙齿萌发较晚,很可能也不能主动捕食,需要父母进行喂食或者照料。


这就首次提出一种新的假说或观点,虽然是一种相对早熟型的胚胎发育模式,但翼龙胚胎发育并不像之前认为的那么早熟,还需要成年翼龙的照顾。


▲ 12号胚胎的照片及线条图,唯一保存有头部骨骼的哈密翼龙胚胎


科学家选取了哈密翼龙的两枚胚胎和数件幼年到接近成年个体的长骨进行研究,这也是世界上首次对翼龙胚胎进行组织学切片和显微结构研究。


发现翼龙胚胎主要由编织骨组成,这是一类包含有大量血管道的骨组织类型,代表了最快速的骨骼生长速度,是一种在胚胎期和婴儿期才会出现的骨组织类型。


几件幼年到亚成年的大小不同的上肢骨骼则主要以纤层骨为主,这同样是一种生长速度较快的骨组织类型,说明翼龙具有较快的生长发育速度。


但是在不同的生长发育阶段也存在不同,即幼年个体只具有纤层骨;亚成年个体出现内层环状骨板,这是一种缓慢生长的次级骨组织,代表了骨髓腔已经停止生长,也是性成熟的一个标志;接近成年个体不仅骨髓腔停止生长,在最外层也会出现两层生长停滞线,这是生物体周期性生长留下的标志,代表一年,所以最接近成年的个体在死亡时至少有2岁,但还没有完全达到成年。



大型湖泊风暴事件导致翼龙集群死亡


化石特异埋藏特征显示大型湖泊风暴事件导致翼龙集群死亡并短距离搬运快速埋藏。


▲ 哈密翼龙生态复原图——赵闯绘


如此丰富的翼龙蛋与骨骼化石的特异埋藏,在全世界也是独一无二绝无仅有的,那么是什么原因造成的呢?


通过沉积学和埋藏学观察,发现哈密翼龙蛋和骨骼化石主要产自于一套含有横向不稳定的富含红色泥岩砾屑的灰白色湖相砂岩中,这些泥质砾屑不是盆地外源搬运来的,而是来自盆地内源物质。


化石富集层厚度都不大,所有化石毫无例外的富集在具砾屑的高能风暴沉积中,而且骨骼化石虽然分散保存,但每一块纤细中空的骨骼几乎都是完整的,细长的头骨牙齿和薄薄的头饰都与头骨或下颌关联且保存完好。


因此认为这些数量巨大的翼龙和翼龙蛋化石很可能经历了多次湖泊风暴事件这种高能的风暴经过翼龙的巢穴,将翼龙蛋及生活着的不同大小、不同性别的翼龙带入湖中岸边,经过短时间漂浮聚集后,与被撕裂分散的翼龙遗体一起被快速埋藏。




如今,哈密已经成为世界上分布面积最大最富集翼龙化石产地,首次发现大量不同发育阶段的雌雄翼龙,数百枚3D翼龙蛋和翼龙胚胎等,对了解和揭示翼龙生命史和深入了解白垩纪古环境、古气候和古地理等具有重要的意义。


这些研究成果也是汪筱林领导中国古生物学家团队和巴西科学院院士、巴西国家博物馆Alexander Kellner教授领导的巴西古生物学家团队长期合作的成果之一。


两国古生物学家自2003年以来在古脊椎动物学等领域进行了长期广泛的交流与合作,相继在Nature,Science、PNAS,Current Biology等国际著名刊物发表了一系列研究的成果。


哈密翼龙的发现与研究历史


2005年,中科院古脊椎所邱占祥和王伴月研究员前往新疆吐鲁番和哈密地区考察,与时任哈密文物局长亚合甫江等在野外发现几小块非常破碎的骨骼,初步认为可能属于翼龙化石,后经汪筱林鉴定为翼龙,从此揭开了哈密翼龙重大发现和研究的序幕。通过近十年的戈壁野外考察,哈密成为我国又一重要的翼龙化石宝库。


▲ 资料图


汪筱林等详细研究了哈密下白垩统地层中发现的约40个同一属种的雌雄翼龙个体和它们的5枚蛋化石,并把这一新的翼龙命名为:天山哈密翼龙(Hamipterus tianshanensis),以记念化石的发现地及天山2013年入选世界文化遗产名录。


对这一重要新的翼龙类群的发现和研究,在翼龙的性双型、个体发育、翼龙蛋及其蛋壳显微结构、生殖和生态习性等方面都取得了一些重要进展。


哈密翼龙具有一些独特的形态特征,最大的特征是它们头骨上发育明显的头饰——前上颌骨脊。脊的表面具有向前向上弯曲或向上伸展的凹凸相间的纹饰。上、下颌的腹面分别具有细长的脊突和沟槽并一直延伸到吻端,而且上下颌前端略有膨大等。


▲ 天山哈密翼龙复原图——赵闯绘


哈密翼龙头骨发育的不同大小、不同形状和不同厚薄的头饰是鉴别雌、雄个体的标志。哈密翼龙属于大型翼龙类,其成年个体的翼展可达3.5米。大量不同发育阶段的幼年和成年雌雄个体的发现,尤其保存完整的头骨和下颌,对翼龙的个体发育特征有了全新的认识和了解。


哈密翼龙最明显的个体发育差异表现在上、下颌的前部,即随着个体发育从幼年到成年,上、下颌前部逐渐出现明显的侧向膨大。


在较小的幼年个体中几乎见不到这一现象,而在较大的成年个体中这一膨大现象较为明显,而且随着个体年龄的增加其膨大越来越明显,这一个体发育特征在已知的翼龙类群尚属第一次发现。


翼龙蛋的发现与研究


在哈密翼龙蛋发现之前,世界上仅有4枚二维压扁的翼龙蛋被报道,其中3枚来自我国辽西,一枚来自阿根廷。


 第一枚三维立体保存的翼龙蛋


哈密翼龙的5枚蛋化石都呈三维立体保存。通过肉眼和显微镜观察,这些翼龙蛋表现出十分特别的现象,一方面翼龙蛋的表面具有各种各样的凹陷,是蛋壳的塑性变形,据此推测,翼龙蛋很可能是软壳的;另一方面,蛋壳表面又具有许多裂纹,是蛋壳的脆性破裂,据此推测,翼龙蛋应当是硬壳的。


▲ 11号胚胎的照片及线条图,比例尺10 mm;C 肩胛骨,没有发育附着大圆肌的肩胛骨突,这一肌肉与飞行时抬起翅膀相关,比例尺5 mm。


在哈密翼龙蛋报道后的一天,阿根廷也报道了三维立体保存的翼龙蛋,同样的,这枚翼龙蛋中并没有保存翼龙胚胎。


2015年,发现第4枚翼龙蛋化石的标本另一侧,又找到了一枚翼龙蛋化石,实际上这件标本就是有2枚翼龙蛋与翼龙母体共同保存的,只不过最初的研究者没有发现翼龙体内隐藏的那一枚蛋化石,两枚发育阶段接近的蛋化石说明了翼龙具有两侧发育的输卵管。


在大多数的现生鸟类中,单侧输卵管退化,有研究认为这是鸟类飞行的需要,显然翼龙与大多数现生鸟类不同,同时单侧输卵管的退化也不是飞行的必要条件


世界上最大的翼龙化石聚集体在哈密面世


由百余件天山哈密翼龙骨骼及其十余件头骨为主组成的化石聚集体——翼之巢在哈密博物馆广场永久展出。


这一化石标本长约6米宽约4米,厚0.8-1米不等,总重量达到了惊人的16吨,不但是世界上已知最大的也是最重的翼龙化石标本


 翼之巢——世界上已知最大的翼龙化石标本(王昊鹏摄)


翼之巢发现于2016年10月,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所汪筱林研究员带领的哈密科考队在野外考察时发现了这一化石标本。


在这块化石聚集体上保存了超过百件的哈密翼龙骨骼化石,堪称哈密翼龙之巢,这也是翼之巢名字的由来。


▲ 4月26日上午,汪筱林研究员在哈密市博物馆广场前修理翼龙化石标本(王昊鹏摄)


更为神奇的是,翼之巢上还共生保存数件恐龙骨骼化石,让人们一窥亿万年前哈密白垩纪翼龙动物群的面貌。


来源:哈密发布

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哈密 伊甸园 奇迹 美国 science 在线 
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