恐龙怎么进化成鸟类（恐龙如何缩小并成为鸟类）

（从左到右）迅猛龙、始祖鸟、鸡和鸽子的头骨

现代鸟类起源于一群被称为兽脚亚目恐龙的两条腿恐龙，包括高大的霸王龙和较小的迅猛龙。与鸟类关系最密切的兽脚亚目恐龙通常体重在45千克到225千克之间——与大多数现代鸟类相比无疑是巨大的——它们有大鼻子、大牙齿，而且耳朵之间的距离也不大。例如，迅猛龙的头骨与郊狼相似，而大脑则与鸽子的大小接近。

几十年来，古生物学家发现鸟类和恐龙之间唯一的化石联系是始祖鸟，这是一种混合生物，有羽毛的翅膀，却也有恐龙的牙齿和长骨尾巴。始祖鸟似乎在短短的 1000 万年内就获得了鸟类的特征——羽毛、翅膀和飞行技能。“始祖鸟似乎完全具备现代鸟类的特征，”英国布里斯托大学的古生物学家迈克尔·本顿说。

一开始，为了解释这种神奇的变态，科学家们提出了一个通常被称为“有希望的怪物”的理论。根据这个想法，重大的进化飞跃需要大规模的遗传变化，这些变化与物种内的常规修改有本质上的不同。只有在短时间内发生如此大规模的遗传变化，才能解释从体重庞大的恐龙到始祖鸟的突然转变。

始祖鸟（左）像恐龙一样有鼻子和牙齿。鸡（右）的脑袋很大，头骨上有眼洞，还有长长的喙

然而，越来越清晰的事实是，恐龙如何变成鸟类的故事似乎要微妙得多。发现表明，鸟类特有的特征（如羽毛）早在鸟类进化之前就开始出现，这表明鸟类只是将一些原先存在的特征适应了新的用途。最近的研究表明，恐龙成年后采用更像婴儿时期的头骨形状——这可能在最终进化出鸟类头颅的过程中发挥了重要作用。鸟类不仅比它们的恐龙祖先小得多，而且与恐龙胚胎非常相似。诸如此类的适应，可能为现代鸟类的飞行能力和敏捷的喙形成铺平了道路。

在 1990 年代，在中国新发现的恐龙化石涌现了大量惊喜。尽管这些化石中都没有翅膀，但它们拥有整套羽毛。这些中间物种的发现，填补了参差不齐的化石记录，改变了古生物学家对恐龙向鸟类过渡的构想。羽毛曾经被认为是鸟类独有的，但它一定早在鸟类发育之前就已经在恐龙身上进化出来了。

科学家对这些化石进行分析、追踪结构变化并绘制了标本之间的关系图，得到的结论是鸟类特征是在很长一段时间内进化形成的。古生物学家检查了虚骨龙化石，虚骨龙是产生始祖鸟和现代鸟类的兽脚亚目亚群，他们跟踪了许多骨骼特性的变化，并发现鸟类与虚骨龙并没有明显的跳跃。

一只鸟不是一夜之间从霸王龙进化而来的，鸟类的特征其实是一个一个的进化而来：首先是双足运动，然后是细羽毛，然后是叉骨，然后是更复杂的羽毛，最后是翅膀。恐龙和鸟类之间是一种相对无缝的过渡，不能简单地在两者之间划清界限。

始祖鸟化石

然而，一旦这些鸟类特征到位，鸟儿就会一飞冲天。研究发现，一旦始祖鸟和其他古代鸟类出现，它们的进化速度就会比其他恐龙快得多。进化的爆发并没有产生鸟类，反而是鸟类带来了进化的爆发。鸟类似乎引发了相当成功的新身体改造计划和新型生态学——小尺寸飞行——这导致了进化的爆炸。

尽管大多数人可能将羽毛或翅膀用来区分鸟类与恐龙的关键特征，但鸟类小小的身材也非常重要。研究表明，鸟类的祖先体型快速萎缩，这表明体型较小是一个重要且有利的特征，很可能是鸟类进化的重要组成部分。

像其他鸟类特征一样，体型缩小很可能早在鸟类本身进化之前就开始了。研究表明，小型化过程比科学家预期的要早得多。早在 2 亿年前，一些虚骨龙就开始萎缩——比始祖鸟出现早了 5000 万年。那时，大多数恐龙都在变大，小型化是不寻常的，尤其是在恐龙中。

始祖鸟复原图

一旦鸟类祖先长出翅膀并开始尝试滑翔飞行，这种收缩就会加速。有研究表明，一支虚骨龙谱系缩小的速度比其他恐龙谱系的生长速度快 160 倍。其他恐龙变得越来越大，越来越丑，而走上另外一条道路的正在悄悄地变得越来越小，这意味着当时正在进行一场激烈的选择。

快速小型化表明，较小的鸟类肯定比较大的鸟类具有强大的优势。大体型恐龙的减少可能与开辟新的栖息地，新的生活方式，甚至与改变生理和生长有关。当鸟类的祖先搬到树上时，可能会就会展现体型的优势，树是一种有用的食物和庇护所。

但无论原因是什么，身材矮小对于飞行的有用前兆。虽然较大的动物可以滑翔，但由拍打翅膀驱动的真正飞行需要一定的翅膀大小与体重的比例。鸟类需要变得更小才能在空中飞行，从而超过短暂的滑翔时间。

短吻鳄是与恐龙有着共同祖先的后代，它们可以提供鸟类有用的进化比较。（尽管它们的外表相去甚远，但是鸟类与短吻鳄的关系比蜥蜴更密切。）短吻鳄的头部像鸟形，并且鳄鱼胚胎看起来与鸡非常相似。与小恐龙的化石头骨表现出相同的模式——它们类似于成年鸟类。也许鸟类是从恐龙进化而来的，因为它们在生命早期就停止了发育模式。

为了验证这一理论，古生物学家收集了来自世界各地的化石数据。包括古代鸟类，如始祖鸟，以及在巢中死亡的正在发育的恐龙的化石蛋。他们追踪了恐龙变成鸟类时头骨形状的变化。

他们发现，随着时间的推移，脸会塌陷，眼睛、大脑和喙会长大。第一批鸟类几乎与迅猛龙的晚期胚胎相同。现代鸟类变得更像婴儿，从胚胎形态变化得更少。简而言之，鸟类类似于可以繁殖的小型婴儿恐龙。

鸟类的喙可以有非常不同的形式，比如长而精致的朱鹭喙（上）和短梗鸡喙（下）

我们越来越多地看到，进化比我们之前认为的要优雅得多。鸟类头骨的无数变化可能都归因于幼体发育，在早期胚胎中的一组分子变化。”

为什么幼体发育对鸟类的进化很重要？它可能有助于推动小型化，反之亦然。体型的变化通常与发育的变化有关，因此选择小体型可能会阻止成熟身体的发育。缩短发育序列的一种巧妙方法是在较小的尺寸时停止生长。提高大脑尺寸的一个好方法是将婴儿时期的身体尺寸保持到成年期。

（事实上，幼体发育可能是进化过程中许多重大转变的基础，甚至可能是哺乳动物和人类发育的基础。相对于黑猩猩，我们的大头骨可能是幼体发育的一个例子。）

更重要的是，幼体发育有助于使头骨成为一张白纸，可以在其上创造新的结构。通过擦除鼻子，它可能为鸟类另一个最重要的特征铺平了道路：喙。

研究进化的深层问题在于，不可能确切地知道发生了什么。科学家永远无法准确破译鸟类是如何从恐龙进化而来的，或者说哪些转变对这种特征的形成至关重要。

喙，这是鸟类用来寻找食物、清洁自己、筑巢和照顾幼崽的非凡结构。鸟类的广泛成功不仅源于它们的飞行能力，还源于它们惊人的喙的多样性。有种说法是：现代鸟类在脸上进化出了一对手指。

研究表明，只需进行一些微小的基因调整，就可以将鸟脸变成类似于恐龙的脸。

在现代鸟类中，被称为前颌骨的两块骨头融合成喙。这种结构与恐龙、短吻鳄、古代鸟类和大多数其他脊椎动物的结构截然不同，在这些脊椎动物中，这两块骨头保持分开，形成了鼻子。为了弄清楚这种变化可能是如何产生的，研究人员绘制了鳄鱼、鸡、老鼠、蜥蜴、乌龟和鸸鹋（一种让人联想到古代鸟类的活物种）表达前颌骨的基因活动。

他们发现爬行动物和哺乳动物有两个活动区域，一个位于发育中的鼻腔的两侧。而鸟类的面部前部有一个更大的单一斑块。鳄鱼可以作为恐龙的代表，因为它们具有相似的鼻子和前颌骨。然后，研究人员使用化学物质阻断了面部中间的基因，从而解开了鸡胚胎中一种鸟类特有的基因表达模式。（出于道德原因，他们不允许鸡孵化。）

结果是经过处理的胚胎长出了更像恐龙的脸。研究人员基本上将鸟类胚胎重新培育成看起来更像已灭绝恐龙形态的东西。

研究结果表明，简单的分子调整可以引发重大的结构变化。喙的产生不需要一些特殊的进化跳跃或大规模的基因变化。相反，物种内部的微小变化也推动了宏观进化，即全新特征和新物种群的进化。

具体来说，基因调控方式的微小变化可能推动了喙的最初形成，它进化了数百万年，以及鸟喙的多样化形状，它可以在几代内发生变化。