早鸟与镰刀状喙的高高揭示出恐龙时代的隐藏多样性

插图描绘了早鸟鸟类在马达加斯加的晚白垩纪期间，在非鸟类恐龙和其他生物之中。

白垩纪罕见的化石开启了鸟类进化史的新篇章。

一种新的鸟类化石可以帮助科学家更好地理解复杂解剖学的趋同进化，并为现代鸟类的先驱者提供有关面部和喙形状进化的新见识。在马达加斯加发现的新鸟类被命名为Falcatakely，是拉丁语和马达加斯加语的结合体受喙的小尺寸和镰刀状形状的启发，后者代表了中生代鸟类的全新面孔形状.microCT扫描，数字重建和快速3D打印等尖端技术使科学家能够揭示详细的解剖特征，因此有助于了解鸟类的进化。

来自马达加斯加的白垩纪，乌鸦大小的鸟会挥舞着翅膀，挥舞着大的叶片状喙，并为现代鸟类中生代先驱者的面部和喙形状的演变提供了重要的见识。由俄亥俄大学传统骨科学学院教授Patrick O’Connor博士领导的国际研究人员小组今天在《自然》杂志上宣布了这一发现。

鸟类在塑造我们对生物进化的理解方面起着举足轻重的作用。早在19世纪中叶，查尔斯·达尔文（Charles Darwin）对加拉帕戈斯雀科中喙形状的持久性的敏锐观察就影响了他关于自然选择进化的论着。这种化石鸟类的发现为鸟类及其近亲的头骨和喙的进化增加了新的转折，表明进化可以通过不同的发育途径发挥作用，从而在相距很近的动物中获得相似的头部形状。

这只新鸟被命名为“ Falcatakely”，是拉丁字母和马达加斯加语的结合，其灵感来自于小巧的形状和镰刀状喙，后者代表了中生代鸟类的全新面孔。该物种是从一个保存完好的，几乎完整的头骨中得知的，该头骨大约在6800万年前埋在泥泞的泥石流中。鸟类骨骼在骨骼化石中是罕见的，因为骨骼轻巧且体积小。鸟类的头骨甚至更罕见。美国国家科学基金会资助的团队在马达加斯加发现了第二个白垩纪鸟类。

晚白垩世对映鸟氨酸鸟Falcatakely forsterae的艺术家重建。

由于组成头骨的轻巧骨骼的复杂排列，精致的标本仍部分嵌入在岩石中。尽管非常小，估计头骨长度仅为8.5厘米（〜3英寸），但精美的保存揭示了许多重要的细节。举一个例子，骨骼的一系列复杂的凹槽构成了脸部的侧面，这表明该动物在生活中拥有广阔的角质覆盖物或喙。

俄亥俄州大学解剖学和神经科学教授，这项研究的主要作者帕特里克·奥康纳（Patrick O’Connor）说：“随着面孔开始从岩石中露出来，我们知道它是非常特别的东西，即使不是完全独特的。”“具有如此高，长脸的中生代鸟类是完全未知的，而福卡提供了一个很好的机会来重新考虑围绕导致现代鸟类的世系中头和喙进化的观点。”

Falcatakely属于一种已灭绝的鸟类，称为Enantiornithines，这是仅在白垩纪时期才有的鸟类，主要是在亚洲发现的化石中。斯托尼·布鲁克大学解剖学副教授，研究合著者特纳说：“对映鸟氨酸代表了早起的鸟类的第一个伟大的潜能，与非鸟类亲属一起占领了生态系统，如Velociraptor和暴龙。”“与最早的鸟类（如始祖鸟）相比，它们的头颅有长尾巴和原始特征，而像Falcatakely这样的对映鸟氨酸看上去会比较现代。”

对法卡塔凯列维（Falcatakelymight）的生命重建，给人以这样的印象，即它是一只相对不起眼​​的鸟。但是进化的阴谋在于它在角质喙的下面。奥康纳（O’Connor）和他的同事无法从岩石中取出法尔卡特利（Falcatakely）的幼小骨头进行研究，因为它们太脆弱了。相反，研究小组采用高分辨率微计算µ机断层扫描（CT）和广泛的数字建模来从岩石中解剖出骨骼，而数字化模型的放大3D打印对于重建头骨和与其他物种进行比较至关重要。

“像这样的项目在比较解剖学，古生物学和工程/材料科学等学科之间架起了桥梁。我们与俄亥俄州大学创新中心的合作伙伴关系是该过程的关键部分，” HCOM / BMS的实验室协调员Joseph Groenke指出。HCOM/ BMS是负责物理和数字准备工作的研究合著者。“能够将每根骨头看作是原型复制品，是理解标本和重建标本的基础。”随着研究的进展，尽管表面的形态与当今许多活着的鸟类相似，但在Falcatakely中构成脸部的骨骼很快就很明显地不同于任何恐龙，鸟类或非禽类的骨骼。

所有活禽都以非常特定的方式构建其喙的骨架。它主要由称为前颌骨的单个扩大的骨头形成。相比之下，大多数恐龙时代的鸟类，如标志性的始祖鸟，都具有相对较不专业的口鼻部，由小的前上颌骨和较大的上颌骨组成。出乎意料的是，研究人员在法卡塔利发现了这种类似的原始骨骼排列，但是其整体面部形状让人联想到某些现代鸟类，它们的上嘴高而长，完全不同于中生代。

O'Connor指出：“鹰嘴兽通常与任何数量的具有皮肤和喙的现代鸟类相似，但是，脸部的潜在骨骼结构使我们对头部进化的了解变成了现实。”“显然，组织面部骨骼的发展方式不同，最终目标通常相似，或者在这种情况下，头部和喙的形状也相似。”

为了探讨这种融合解剖学是如何发展的，O'Connor与前OHIO博士生Ryan Felice博士联系在一起，他是鸟类和其他恐龙的头骨解剖学专家。“我们发现，在巨嘴鸟爆发后的数千万年中，一些现代鸟类（例如巨嘴鸟和犀鸟）进化出了非常相似的镰刀状喙。令人惊讶的是，尽管它们之间有着非常遥远的联系，但这些谱系却汇聚在相同的基本解剖结构上。”伦敦大学学院（UCL）人体解剖学讲师Felice指出。费利斯博士（Felice）于2015年完成了生物学博士学位，与奥康纳（O’Connor）合作研究鸟类尾巴的进化。费利斯此后继续在伦敦自然历史博物馆完成博士后研究职位，此后他于2018年开始在伦敦大学学院担任终身职位。

Falcatakely从最近的白垩纪（70-68百万年前）岩石中恢复出来，该岩石现在被称为马达加斯加北部，当时被认为是半干旱，高度季节性的环境。O'Connor补充说：“ Falcatakely的发现凸显了地球的许多深厚历史仍然笼罩在神秘之中，尤其是在地球上相对较少被探索的那些地区。”

马达加斯加一直推动着生物潜力的发展。的确，马达加斯加独特的生物区系吸引了许多学科的自然历史学家和科学家，而这些学科通常是在大岛屿大陆上与世隔绝的进化背景下进行构想的。

“我们对现在的马达加斯加了解白垩纪时代的动物，植物和生态系统越多，就越能看到其独特的生物特征可以追溯到过去，不仅反映了近代的岛屿生态系统，” O康纳说。

“这项发现由Drs。Dr.奥康纳（O'Connor）和费利斯（Felice）及其合作者做出了杰出贡献，为我们对进化和物种多样性的理解打开了新的视野，”俄亥俄州大学研究与创意活动副校长约瑟夫·希尔兹（Joseph Shields）博士说。“这项工作凸显了俄亥俄州的作用大学的教职员工和学生在全球各地进行研究，以增进我们对自然历史中基本问题的理解。”

参考：“来自马达加斯加的白垩纪晚期鸟类揭示了喙的独特发育”，作者：帕特里克·M·奥康纳，艾伦·特纳，约瑟夫·格伦克，瑞安·菲利斯，雷蒙德·罗杰斯，大卫·克劳斯和莱迪亚·J·拉汉塔里索， 2020年11月25日，自然.DOI：
10.1038 / s41586-020-2945-x

这项研究的参与者来自俄亥俄州大学，石溪大学，伦敦大学学院，马卡莱斯特学院，丹佛自然与科学博物馆以及马达加斯加的塔那那利佛大学，并由国家科学基金会，国家地理学会和美国国家科学基金会资助。俄亥俄州立大学整骨医学学院/俄亥俄州大学。