翼龍如何實現(xiàn)飛行？約1.3億年前中國哈密翼龍化石研究揭秘

中新網北京2月22日電 (記者 孫自法)地球上會飛的脊椎動物目前所知僅翼龍、鳥類和蝙蝠三類，它們中唯一絕滅的翼龍是最早演化出動力飛行的爬行動物，早于鳥類約7000萬年征服藍天。翼龍是如何實現(xiàn)飛行的？其飛行機制與鳥類、蝙蝠有何異同？

研究人員展示本次研究的哈密翼龍肩帶化石標本?！≈行律缬浾?孫自法 攝

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)汪筱林、周忠和研究團隊與中國科學院大學、中山大學生態(tài)學院合作，通過對采自中國新疆早白堊世(約1.3億年前)哈密翼龍化石肩帶形態(tài)學與骨組織學的最新研究發(fā)現(xiàn)，翼龍的飛行機制既有與鳥類和蝙蝠的相似性，又有自身的獨特適應。

用于本次研究的哈密翼龍肩帶等化石標本?！≈行律缬浾?孫自法 攝

這項揭示翼龍飛行機制的重要研究成果論文，近日在國際專業(yè)學術期刊《解剖學記錄》(The Anatomical Record)中國古生物專輯上在線發(fā)表。

中科院古脊椎所博士吳倩介紹本次研究成果?！≈行律缬浾?孫自法 攝

與鳥類有哪些相似性？

論文共同第一作者、中科院古脊椎所博士吳倩介紹說，翼龍的皮膜翼讓一些早期學者認為它們的飛行類似蝙蝠，但隨著研究揭示翼龍與鳥類具有更近的系統(tǒng)發(fā)育關系，后來的學者更多以鳥類作為翼龍飛行研究的參照對象。

研究團隊此次對新疆哈密約1.3億年前地層中的哈密翼龍肩帶骨骼化石研究發(fā)現(xiàn)，兩者飛行機制主要有兩方面相似性：

中科院古脊椎所博士吳倩展示介紹哈密翼龍肩帶化石標本?！≈行律缬浾?孫自法 攝

一是形態(tài)學研究方面，通過對哈密翼龍肩帶進行計算機斷層掃描(CT)三維模型重建和形態(tài)學分析表明，翼龍喙上肌如同鳥類一樣繞行頂烏喙突內側連接肱骨近端，頂烏喙突可實現(xiàn)類似的滑輪功能，翼龍可能如鳥類一樣利用喙上肌收縮實現(xiàn)翅膀上揚。

二是對翼龍肩臼窩的組織學研究發(fā)現(xiàn)該位置疑似保留有軟骨組織，表明翼龍的肩臼窩可能與鳥類一樣具有厚實的關節(jié)軟骨以緩沖飛行壓力。

哈密翼龍肩帶組織學特征。　中科院古脊椎所 供圖

獨特飛行機制有何表現(xiàn)？

論文共同第一作者、中山大學生態(tài)學院博士后陳鶴指出，翼龍缺少叉骨、肩胛骨與背椎構成關節(jié)，且有愈合的肩胛烏喙骨等特征，這些則明顯與鳥類不同。其肩胛骨與烏喙骨在個體成年之前就已完全愈合，代表了翼龍飛行演化過程中獨特的肩帶適應，也表明翼龍并未如鳥類一樣，伴隨飛行的演化而出現(xiàn)分離的肩胛-烏喙骨關節(jié)。

與哈密翼龍頭骨等化石保存在一起的肩帶標本。　中科院古脊椎所 供圖

翼龍肩臼窩和肱骨頭均呈現(xiàn)凹陷的關節(jié)面，這可能會限制肱骨頭在肩臼窩中的旋轉，表明翼龍可能通過其他特殊機制控制前臂旋轉，以便在飛行中改變翼面形態(tài)。

至于翼龍這些獨特適應對飛行的具體影響，研究團隊認為還有待進一步研究來揭示。

哈密翼龍肩胛烏喙骨與鳥類肩帶形態(tài)對比，以及肩關節(jié)和喙上肌重建示意圖?！≈锌圃汗偶棺邓?供圖

后續(xù)研究方向是什么？

論文通訊作者、近二十年來帶領科考隊對哈密翼龍及其沉積地層持續(xù)開展野外考察和研究工作的汪筱林研究員表示，一般認為，翼龍具有較強的飛行能力，滑翔、鼓翼飛行和翱翔三種飛行方式都可以，但涉及到與鳥類和蝙蝠兩類飛行脊椎動物的異同及其具體的飛行機制，此前一直不是很清楚。

他說，這次研究是中科院古脊椎所翼龍和鳥類兩個主要研究飛行脊椎動物團隊合作的成果，研究重點從哈密翼龍肩帶的宏觀形態(tài)學和微觀骨組織學兩個角度入手，發(fā)現(xiàn)翼龍的飛行機制比較復雜，既有與鳥類的相似性，又有與蝙蝠的相似性，更有自身的獨特適應，后續(xù)仍有巨大的研究空間和潛力。

論文作者之一、中科院古脊椎所副研究員蔣順興指出，本次研究重點是翼龍與鳥類飛行機制比較分析，較少涉及與蝙蝠飛行的相似性和差異性。因為翼龍與蝙蝠都是通過骨骼帶動皮膜實現(xiàn)飛行，而皮膜質的翅膀也無法像飛羽一樣產生空隙，因此，翼龍需要有其他方法來調節(jié)翅膀形態(tài)以減少飛行阻力，下一步，要圍繞這個問題對同樣具有皮膜翼的蝙蝠肩帶進行深入研究來尋找答案。(完)