長羽毛恐龍中順序換羽行為的發現以及其對副鳥類生態學、運動學的啟示研究
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鳥類換羽行為的演化歷程。紫色：順序換羽；黃色：非順序換羽；綠色：穩定的龍中類生飛行能力；粉色：換羽期間失去飛行能力；品紅：完全失去飛行能力
小盜龍化石中發現的順序換羽行為的化石證據
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所：換羽是鳥類生命周期中重要的一種行為，但對于這種行為的順序演化，目前學界知之甚少。換羽近日來自以色列和中國的行為現及學科學家在國際著名期刊《當代生物學》（Current Biology）上報道了已知最早的順序換羽行為的化石記錄及研究成果。研究認為能夠確保鳥類和非鳥長羽毛恐龍維持全年飛行能力的其對啟示順序換羽模式至少在約1.2億年前已經出現，推測其演化與日常覓食或躲避掠食者的副鳥行為緊密相關。
羽毛是態學非常復雜而精巧的結構，對鳥類來說至關重要。運動研究除了眾所周知的長羽飛行功能，在鳥類的毛恐溫度調節、視覺交流等方面也都有重要作用。龍中類生羽毛也非常脆弱，順序所有鳥類都面臨著一個問題，換羽那就是羽毛受損怎么辦？對于這個問題，鳥類演化出換羽行為，來修補身上磨損老舊的羽毛。鳥類換羽行為可以大致分為三種模式：（1）順序換羽模式，指羽毛，尤其是飛羽，按照一定的順序，在兩翼對稱而緩慢地替換；（2）同時換羽模式，指的是一次性的換掉所有飛羽；（3）隨意換羽模式，指的是換羽模式很隨機，沒有規律地替換老舊的羽毛。
以上三種換羽方式在現生鳥類中都存在，系列研究發現，不同的換羽方式似乎與鳥類的運動方式和棲息環境息息相關，比如，絕大部分順序換羽的鳥類，全年都具有飛行能力；而非順序性換羽的鳥類，有的會在換羽季節暫時失去飛行能力，有的則已經完全失去了飛行能力。
以色列海法大學生物學家Yosef Kiat等人與中科院古脊椎所徐星研究員等人合作，采用祖先狀態特征分析的研究方法，基于一個由302個現生鳥類構成的數據集，對鳥類換羽的演化歷程，進行了宏觀演化分析。研究發現，現生鳥類的最近祖先是以順序換羽模式進行換羽的；最早的順序換羽行為，至少在七千萬年前就已經出現了，現生鳥類中幾個獨立的非順序換羽的演化分支是后來獨立演化出非順序換羽的。同時該研究也支持前人基于對現生鳥類觀察得到的假說，順序換羽模式可以使得鳥類在換羽期依舊保持飛行能力的，同時換羽模式的鳥類在換羽期一般不能飛行，或者本身就已經喪失了飛行能力。
該研究也發現鳥類的換羽模式與棲息地選擇有關。順序換羽模式的鳥類可以保持全年穩定的飛行能力，因此不需要在換羽期尋找特別的棲息地進行自我保護。而非順序換羽模式的鳥類，往往需要生活在特殊的棲息地，以解決換羽帶來的飛行能力喪失，食物獲取能力不足，以及更高的被捕獵的風險。
基于對現生鳥類換羽行為的認知，該研究進一步對中生代的非鳥長羽毛恐龍進行了同樣的觀察研究，發現在著名的四翼恐龍——小盜龍中同樣具有順序換羽的現象。雖然之前在一具早白堊世的原始鳥類（屬于反鳥類）化石當中也發現了換羽的化石證據，但此次在小盜龍標本上發現的順序換羽行為的證據，是順序換羽行為首次在化石記錄當中發現，也是換羽行為首次在非鳥恐龍中發現。由于小盜龍的生存年代更早，距今約1.2億年，因此這個發現又進一步向前拓展了順序換羽行為出現的時間，范圍也擴大到了非鳥恐龍當中。也就是說，至少在距今1.2億年的早白堊世，鳥類或者它們的近親，一些非鳥獸腳類恐龍，已經具有順序換羽的換羽行為了。
順序換羽行為的發現，也同樣讓科學家們對小盜龍這種恐龍有了全新的認識。基于演化分析和對現生物種的觀察，順序換羽行為一般都與可以維持全年的穩定飛行能力緊密相關。因此，小盜龍中發現了順序換羽行為的證據，也進一步證實了它們具有相當強的、全年穩定的飛行能力。同時，這也可能說明小盜龍所生活的環境可能缺少給他們提供換羽期保護的必要條件。
本項研究展現了結合現生和滅絕物種數據開展功能演化分析研究的優勢，體現了綜合生物力學、形態學、生態學和生物生理節律數據開展研究的重要性。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.046
相關報道：中以科學家合作發現長羽毛恐龍1.2億年前已順序換羽
（神秘的地球uux.cn報道）據中新網北京7月21日電（孫自法）：眾所周知，換羽是鳥類生命周期中重要行為之一，這種行為如何演化而來？目前學界知之甚少，備受關注。中國和以色列科學家最新通過對鳥類祖先恐龍的化石記錄研究發現，已知最早的順序換羽行為至少在約1.2億年前就已經出現，比之前推算的7000萬年前向前推進了5000萬年。
記者21日從中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)獲悉，以色列海法大學生物學家約瑟夫·基特(Yosef Kiat)團隊與該所徐星研究員團隊合作，近日在國際著名期刊《當代生物學》(Current Biology)發表關于1.2億年前小盜龍化石的研究成果論文，認為能夠確保鳥類和非鳥恐龍維持全年飛行能力的順序換羽模式至少在約1.2億年前已經出現，推測其演化與日常覓食或躲避掠食者的行為緊密相關。
徐星科普介紹說，羽毛是非常復雜而精巧的結構，對鳥類來說至關重要。除了眾所周知的飛行功能，在鳥類的溫度調節、視覺交流等方面也都有重要作用。羽毛也非常脆弱，所有鳥類都面臨著一個問題，那就是羽毛受損怎么辦？對于這個問題，鳥類演化出換羽行為，來修補身上磨損老舊的羽毛。
鳥類換羽行為可以大致分為三種模式：一是順序換羽模式，指羽毛，尤其是飛羽，按照一定的順序，在兩翼對稱而緩慢地替換；二是同時換羽模式，指的是一次性的換掉所有飛羽；三是隨意換羽模式，指的是換羽模式很隨機，沒有規律地替換老舊的羽毛。
這三種換羽方式在現生鳥類中都存在，系列研究發現，不同的換羽方式似乎與鳥類的運動方式和棲息環境息息相關，比如，絕大部分順序換羽的鳥類，全年都具有飛行能力；而非順序性換羽的鳥類，有的會在換羽季節暫時失去飛行能力，有的則已經完全失去了飛行能力。
中以科學家此次合作研究結合雙方現生和滅絕物種數據開展功能演化分析研究的優勢，采用祖先狀態特征分析的研究方法，基于一個由302個現生鳥類構成的數據集，對鳥類換羽的演化歷程進行宏觀演化分析。研究發現，現生鳥類的最近祖先是以順序換羽模式進行換羽，其最早的順序換羽行為至少在7000萬年前就已出現，現生鳥類幾個演化分支是后來獨立演化非順序換羽的。同時，該研究也支持前人基于對現生鳥類觀察得到的假說，順序換羽模式可以使得鳥類在換羽期依舊保持飛行能力的，同時換羽模式的鳥類在換羽期一般不能飛行，或者本身就已經喪失了飛行能力。
該研究還發現，鳥類的換羽模式與棲息地選擇有關：順序換羽模式的鳥類可以保持全年穩定的飛行能力，因此不需要在換羽期尋找特別的棲息地進行自我保護；而非順序換羽模式的鳥類，往往需要生活在特殊的棲息地，以解決換羽帶來的飛行能力喪失，食物獲取能力不足，以及更高的被捕獵的風險。
徐星表示，基于對現生鳥類換羽行為的認知，中以學者進一步對中生代的非鳥長羽毛恐龍進行觀察研究，發現在著名的四翼恐龍——小盜龍中同樣具有順序換羽的現象。雖然之前在一具早白堊世的原始鳥類(屬于反鳥類)化石當中也發現換羽的化石證據，但此次在小盜龍標本上發現的順序換羽行為的證據，是順序換羽行為首次在化石記錄當中發現，也是換羽行為首次在非鳥恐龍中發現。由于小盜龍的生存年代更早，距今約1.2億年，因此這個發現又進一步向前拓展了順序換羽行為出現的時間，范圍也擴大到非鳥恐龍當中。“也就是說，至少在距今1.2億年的早白堊世，鳥類或者它們的近親，一些非鳥獸腳類恐龍，已經具有順序換羽的換羽行為了”。
他指出，此次順序換羽行為的新發現，也同樣讓科學家們對小盜龍這種恐龍有了全新的認識。基于演化分析和對現生物種的觀察，順序換羽行為一般都與可以維持全年的穩定飛行能力緊密相關。因此，小盜龍中發現順序換羽行為的證據，也進一步證實它們具有相當強的、全年穩定的飛行能力。同時，這也可能說明小盜龍所生活的環境可能缺少給他們提供換羽期保護的必要條件。