今日,中美加科学家团队在北京宣布,他们在缅甸白垩纪琥珀中发现了一只有史以来已发现的最小的恐龙(广义恐龙包括鸟类)。这个发现对理解恐龙与古鸟类的演化,尤其是小型化动物的形态演化具有重要意义。

该研究由中国地质大学(北京)邢立达副教授、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所外籍研究员邹晶梅(Jingmai K。 O’Connor)、美国洛杉矶自然史博物馆拉尔斯·施米茨(Lars Schmitz)博士、中国科学院高能物理所黎刚研究员,以及美国洛杉矶自然史博物馆恐龙研究院院长路易斯·恰普(Luis M。 Chiappe)教授、加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆瑞安·麦凯勒教授(Ryan C。 McKellar)、中国科学院北京综合研究中心易栖如博士等学者共同完成。研究论文题目为《缅甸白垩纪蜂鸟大的恐龙》,发表于综合类学术期刊《自然》杂志。

此次发现的琥珀化石产自缅甸北部克钦邦胡冈谷地,地质学家对该矿区的火山灰锆石同位素测定地质年龄后认为,胡冈谷地的琥珀形成于约一亿年前(约9900万年),属于白垩纪中期(白垩纪晚期的最早期),这里被认为是人类能一窥“真实”白垩纪世界的最佳窗口。

鸟类是恐龙的后裔,是生物多样性最丰富的脊椎动物之一,大约有10500个种。在近1.5亿年的漫长演化历史中,共历经了白垩纪和新生代两次辐射演化,其中白垩纪是鸟类演化的重要阶段,是鸟类从恐龙演化而来的关键阶段之一。胡冈谷地的鸟类琥珀包裹体较为丰富,对了解鸟类演化帮助很大。

此次研究的标本是一个包裹在琥珀中的完整动物头骨,开展研究的第一个挑战是如何无损的获得被琥珀、皮毛和杂质层层包围的头骨的完整的高分辨率的3D信息。黎刚团队使用上海光源(SSRF)的硬X射线成像线站和他们在北京同步辐射装置(BSRF)研制的高调制传递函数(MTF)高效率硬X射线探测器,针对该标本的特点,制定了最优化的硬X射线相衬CT扫描方案。用单色化的高能量X射线和高效率的探测器,避免辐射损伤,实现无损成像;用相干X射线的相位衬度和探测器的高MTF,实现高灵敏度成像;用高分辨率探测器、偏轴CT扫描和虚拟拼接等技术手段实现大视场且高分辨率的3D成像。再经过相位恢复、断层重建、数据融合和特定结构的虚拟分割,最终无损的获得了隐藏在琥珀内部的头骨的高分辨率高对比度的3D结构。

琥珀中的头骨长仅约14毫米,有着尖锐的喙部,密集的牙齿和巨大的眼眶。这个动物的骨骼特征有些“四不像”,有的特征像恐龙,有的像非常高级的鸟类。学者们没有找到特定的头骨特征来将眼齿鸟确切归入鸟类、非鸟恐龙,或其他主龙类。甚至,学者不能完全排除这个头骨属于别的动物。研究这个标本的学者都说这个标本太奇怪了,很难确定具体门类。“这是我有幸研究过的、最奇怪的化石”,邹晶梅表示。然而,在脊椎动物中,只有鸟类同时拥有尖锐的喙部和巨大的眼眶,所以学者将该动物归属到鸟类。

鉴于该标本形态特征与其他所有鸟类都不同,学者们建立了新属新种,宽娅眼齿鸟(Oculudentavis khaungraae),属名眼齿指出标本的特性,硕大的眼睛和密集的牙齿,种名宽娅向最初发现并征集此标本的缅甸琥珀收藏家宽娅女士致敬。该标本属于云南腾冲琥珀阁博物馆以及缅甸仰光分馆,为馆长陈光先生与家人宽娅女士在2016年从缅北矿区征集而来。

我们知道,最小的现生鸟类是蜂鸟,最小的蜂鸟是吸蜜蜂鸟(Mellisuga helenae),重约1.95克,长5.5厘米,是世界上最小的鸟类。从头骨尺寸来看,眼齿鸟比蜂鸟还要短一些,是迄今发现过的最小的古鸟类,同时也是史上最小的恐龙。

距今约一亿年前,眼齿鸟生活在缅甸北部潮湿的热带环境中,不幸被柏类或南洋杉类等针叶树流下的树脂包裹,在漫长的地质年代中形成琥珀,并保存至今。数千万年过去,这只小鸟的时运不济却成就古生物学家们的好运气。琥珀的优势在于能为古生物提供无与伦比的保存状态。

眼齿鸟最有趣的地方在于它的小型化。体型变得如此小的动物必须面对很多新的问题,比如如何把所有的感觉器官都整合进它们如此微型的头中,以及如何保持体温等等。这种小型化过程,通常发生在孤立的环境中,最典型的是岛屿。刚好缅甸在白垩纪中期就是个孤立的岛弧。小型化通常伴随着牙齿脱落和眼部增大等特征。然而,尽管该标本尺寸很小,但它的牙齿比其他所有的古鸟类都多。齿列也比其他鸟类长,一直延伸到眼部下面。上颌每侧有18–23颗牙齿,齿骨每侧有29–30颗牙齿,全部牙齿加起来约有100颗!这也是学者将其命名为眼齿鸟的原因。大量的牙齿告诉我们,尽管体型超小,但它是一种肉食性动物。

眼齿鸟的另一个特别之处是其眼部,其直径约4毫米。我们知道,鸟类和大部分爬行动物(包含恐龙、翼龙、鱼龙)的眼睛有一圈由巩膜小骨组成的巩膜环,将眼球围在中间,对眼球起着支持和保护的作用。鸟类中的巩膜小骨呈方形而且非常简单,但眼齿鸟的巩膜小骨呈匙形,这种形态只在一些现生蜥蜴中发现过,这是令研究者非常困惑的地方之一。然而,眼齿鸟双眼的朝向也不同于猫头鹰等巩膜环发达的鸟类,猫头鹰双眼向前,眼齿鸟则朝向两侧。眼齿鸟的颧骨弯曲,眼睛从头部侧面凸出。这种视觉系统在现生动物中从未发现,这使得我们很难理解它的眼睛是如何工作的。此外,眼骨的开孔(眼圈的内径)表明,眼齿鸟的活动模式为白天型。

眼齿鸟与其他鸟类的系统发育关系也很特别。仅从头骨来分析,这种新发现的微小鸟类——眼齿鸟非常原始,介于德国晚侏罗世的最原始的始祖鸟(Archaeopteryx)和中国早白垩世的有长尾的热河鸟(Jeholornis)之间。这可能表明,和这两个类群一样,眼齿鸟也有一条类似于非鸟类恐龙的长尾巴。

总而言之,眼齿鸟的尺寸和形态向我们展现了一类新的身体结构以及它所代表的生态学。这一发现凸显了琥珀沉积物有着揭示最小体型脊椎动物的潜力。然而,由于眼齿鸟标本只有头部,其分类还存在一定的不确定性。学者们将继续在缅珀中搜索,希望在未来可以找到更完整的个体,揭开眼齿鸟的全部秘密。

该项研究获得了国家自然科学基金委员会基础科学中心项目、国家自然科学基金重大项目、中科院科研装备研制项目、北京同步辐射装置、上海光源、国家自然科学基金面上项目以及美国国家地理学会等的资助,以及同步辐射机时支持。