中科院新疆哈密科考队再探“翼龙伊甸园”

时间:2017-12-15 13:13:18  来源:哈密日报

2005年,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邱占祥院士和王伴月研究员在时任哈密市文物局局长亚合甫江的陪同下,进行哈密野外考察时最早发现了哈密翼龙的化石,并将这一重要信息告知了从事翼龙研究的汪筱林研究员。从此拉开了哈密翼龙研究的序幕。直到2014年,汪筱林领导的研究团队以封面文章的形式在美国《现代生物学》上报道了哈密翼龙的初步研究成果,在翼龙的性双型、个体发育、翼龙蛋及其蛋壳显微结构、生殖和生态习性等方面都取得了一些重要进展。又经过了多年的努力,又一项重要的成果于今年正式发表在了全球最顶级的pk10最牛稳赚5码计划性杂志——《科学》上,揭示了哈密翼龙更多不为人知的生活史。




12月1日于哈密市召开新闻发布会

高能湖泊风暴造就3D翼龙胚胎化石全球首先

在对哈密长期的野外考察中,汪筱林率领的科考队十多年如一日,考察了上千平方千米的戈壁大漠,厘定了翼龙及恐龙化石的发布范围、富集和埋藏规律。其中翼龙化石主要产自于一套夹有红色泥岩砾屑的风暴沉积的灰白色湖相砂岩中,其中富集翼龙蛋和头骨等骨骼化石的风暴事件沉积层厚度大约在10-30 cm之间,在2.2米的剖面上,有八层富含翼龙化石,其中四层含有翼龙蛋化石。这次研究的标本由三块可以互相连接的砂岩块组成,出露面积约3.28平方米,已经暴露的翼龙蛋化石就有215枚,包括下伏没有完全暴露的翼龙蛋,数量可能更大,推测可达300枚,同时还有十余个头骨和下颌,以及数量众多的头后骨骼。在这件令人震撼的精美化石标本上,包括野外采集时散落的含有胚胎的蛋化石,目前已经确认的含有胚胎的翼龙蛋共有16枚。大量翼龙蛋、胚胎和头骨等骨骼化石的发现,显示哈密翼龙具有群居的生活习性,而且这里很可能是它繁殖产蛋地点之一。

如此丰富的翼龙蛋与骨骼化石的特异埋藏,在全世界也是独一无二绝无仅有的,那么是什么原因造成的呢?通过沉积学和埋藏学观察,发现哈密翼龙蛋和骨骼化石主要产自于一套含有横向不稳定的富含红色泥岩砾屑的灰白色湖相砂岩中,这些泥质砾屑不是盆地外源搬运来的,而是来自盆地内源物质。化石富集层厚度都不大,所有化石毫无例外的富集在具砾屑的高能风暴沉积中,而且骨骼化石虽然分散保存,但每一块纤细中空的骨骼几乎都是完整的,细长的头骨牙齿和薄薄的头饰都与头骨或下颌关联且保存完好。因此认为这些数量巨大的翼龙和翼龙蛋化石很可能经历了多次湖泊风暴事件,这种高能的风暴经过翼龙的巢穴,将翼龙蛋及生活着的不同大小、不同性别的翼龙带入湖中岸边,经过短时间漂浮聚集后,与被撕裂分散的翼龙遗体一起被快速埋藏。


砂岩中保存的两百多个翼龙蛋(IVPP V 18941-18943)。红色的箭头表示有胚胎的翼龙蛋;绿色箭头表示CT扫描的三个翼龙蛋的位置;橙色箭头表示没有胚胎的翼龙蛋。图中比例尺为100毫米。

哈密翼龙宝宝只能走不能飞,还需要父母照顾

之前,由于翼龙蛋与胚胎研究材料少之又少,古生物学家对于翼龙的胚胎和生殖发育等方面的了解还十分有限,此次研究在这方面取得若干重要进展。对42枚翼龙蛋化石进行显微修理或者CT扫描,其中16枚保留胚胎,并在显微镜下观察其内部结构,发现胚胎化石基本是不完整的,骨骼从一根到几根均有,可能是因为胚胎处于不同的发育阶段,也可能是因为骨骼保存状况的差异,比如在搬运和埋藏过程中丢失或破坏了骨骼。哈密翼龙所有的16枚胚胎都在风暴作用中经历了短距离的搬运,所以每一个胚胎都是不完整的,骨骼从一根到几根均有,所以要判断每一个蛋中胚胎的发育阶段也是比较困难的。为了解决这个问题,假设相同发育阶段的胚胎个体大小一致,这样可以通过同一骨骼的长度以及骨骼不同部位之间的比例变化来确定胚胎发育阶段。其中11~13号三枚胚胎均处于胚胎发育的较晚期阶段,已经相对较为接近孵化阶段。

12号胚胎是唯一保存头部骨骼的标本,经过在显微镜下的精细修理,几乎完整的下颌都暴露出来,由于暴露的是下颌的腹侧面,牙齿是着生在下颌的背侧面的,所以我们并不知道是否这个翼龙胚胎发育了牙齿。为了了解这一点,我们从下颌的侧面进行了修理,还给它做了 CT 扫描,但是都没有牙齿的痕迹。实际上牙齿通常比较坚固,容易保存为化石,所以哈密翼龙牙齿的缺失很可能是因为它的牙齿萌发较晚,死亡时还没有萌发。因此,我们推测哈密翼龙宝宝刚孵化之后可能还没有牙齿,说明还不具有主动进食的能力,还需要哈密翼龙爸爸妈妈的照顾。

13号胚胎是所有胚胎中保存骨骼最完整的一件,我们给它做了 CT 扫描和三维重建。发现了一个十分有趣的现象:哈密翼龙胚胎的大腿骨已经完全发育,具有了与亚成年或成年个体一致的股骨头和明显收缩的股骨颈。这意味着哈密翼龙宝宝后肢已经发育良好,孵化后就具备了在陆地上行走的能力。同时,它左右两侧的大臂骨骼却还没有发育完全,在翼龙中特别发育的三角肌脊还没有形成,胸肌的一端就附着在这个位置,而胸肌是飞行中扇动翅膀的重要肌肉之一。这意味着,哈密翼龙宝宝孵化后实际上还不具备飞行能力。

在11号胚胎中,我们也同样观察到了前肢没有完全发育的现象。这次是肩胛骨,在翼龙的亚成年或者成年个体中肩胛骨都会发育有明显的肩胛骨突,即使是在最小的一件幼年个体上也有这一结构,这是附着大圆肌的位置。经常健身的人也许知道,大圆肌是背部肌肉的一部分,在鸟类和翼龙的飞行中起到抬升翅膀的重要作用。然而在11号胚胎中的肩胛骨上这一结构却还没有发育,这同样意味着哈密翼龙宝宝在孵化后可能不具有飞行能力。

从这三个关键的翼龙胚胎中,我们知道了翼龙宝宝孵化后应该是能站起来的,但是要想飞起来看来还需要经过一段时间的成长,同时还需要父母一定程度的照顾,属于相对早熟型的。之前有研究者推测翼龙孵化之后没用多久就能够飞行了,属于特别早熟的类型。从哈密翼龙宝宝的胚胎发育来看,可能并没有那么早熟。

哈密翼龙骨组织揭示其生命史

由于翼龙飞行的需要,其身体骨骼的骨壁都非常薄,内部多中空,体现在骨组织上就是翼龙骨骼的骨髓腔的扩张速度很快,骨骼中心的骨松质和接近中心位置的骨密质无法保存,都被快速扩张的骨髓腔所占据。所以,要想通过骨组织学来了解翼龙的个体发育阶段等生理信息,就需要从幼年到成年一系列完整的个体标本来进行研究,迄今为止很少有哪个翼龙类型能够提供如此完善的化石材料。目前,仅有产自阿根廷的南方翼龙进行了从幼年到成年个体的骨组织学研究。

科学家选取了哈密翼龙的两枚胚胎和数件幼年到接近成年个体的长骨进行研究,这也是世界上首次对翼龙胚胎进行组织学切片和显微结构研究。发现翼龙胚胎主要由编织骨组成,这是一类包含有大量血管道的骨组织类型,代表了最快速的骨骼生长速度,是一种在胚胎期和婴儿期才会出现的骨组织类型。几件幼年到亚成年的大小不同的上肢骨骼则主要以纤层骨为主,这同样是一种生长速度较快的骨组织类型,说明翼龙具有较快的生长发育速度。但是在不同的生长发育阶段也存在不同,即幼年个体只具有纤层骨;亚成年个体出现内层环状骨板,这是一种缓慢生长的次级骨组织,代表了骨髓腔已经停止生长,也是性成熟的一个标志;接近成年个体不仅骨髓腔停止生长,在最外层也会出现两层生长停滞线,这是生物体周期性生长留下的标志,代表一年,所以最接近成年的个体在死亡时至少有2岁,但还没有完全达到成年。

哈密翼龙的研究才拉开序幕

虽然已经研究了十多年,也取得了全世界轰动的研究成果,但是这应该还只是哈密翼龙研究的序幕,在这里的翼龙数量如此庞大,从蛋、胚胎、幼年、青年到成年的个体都有发现,是目前全世界研究单独一个类型的翼龙的最佳场所,对于了解翼龙的更多生理习性,将起到极其重要的作用。未来的成果必将更加令人瞩目!

(蒋顺兴 供稿)


12号胚胎


13号胚胎三维重建图


11号胚胎


哈密翼龙生态复原图