热河生物群的研究进展

第四节　热河生物群的研究进展

一、早期鸟类辐射的新证据

热河生物群是早白垩世分布在东亚地区的一个著名的土著性生物群。以热河生物群为特征的热河群的陆相地层,在我国的辽西地区发育并出露最好。热河生物群的研究虽然历时较长,但真正在国际上引起强烈影响仅有近10年的时间。无疑,这一切离不开一系列早期鸟类(如华夏鸟、孔子鸟和原羽鸟),带毛的恐龙(如中华龙鸟、尾羽龙和中国鸟龙),早期的哺乳动物(如张和兽与热河兽),被子植物(如辽宁古果)以及其他许多重要生物门类化石的发现和研究。

(一)尾羽龙化石

尽管在义县组发现的孔子鸟、辽宁鸟、辽西鸟和始反鸟已足以代表自始祖鸟之后鸟类的第一次大的辐射,然而,在河北丰宁义县组发现的原羽鸟化石还是再次给古鸟类学家带来了惊喜。这不仅是已知最原始的反鸟亚纲(中生代最重要的鸟类类群)的鸟类化石,而且还保存了代表进步飞行特征的小翼羽,更加有趣的是,它的翼爪还相当发育,在已知的鸟类中,仅比始祖鸟和孔子鸟退化。这一发现表明,进步飞行结构的出现不仅比我们想象得要早,而且往往伴随许多十分原始的祖先性状。原羽鸟所保留的最重要的特征是一对十分独特的尾羽。这种原始的羽毛仅在后端才出现羽毛特有的羽枝,而没有分出羽枝的前端,酷似一根加长的鳞片。这种前所未知的羽毛类型可能正代表了鳞片向羽毛演变中的一个过渡类型。

(二)长翼鸟化石

产自辽宁朝阳九佛堂组的另一件新的反鸟化石——长翼鸟,显然比义县组的反鸟要进步。长翼鸟脚的特征显示,这是一类树栖能力很强的鸟类。

它的后肢短小,但前肢却十分发达,显示了强大的飞行能力。由于其嘴巴较长,牙齿锐利,因此推测这可能是一种以鱼类等水生动物为主要食物,生活在水边树上的鸟类。长翼鸟的生活习性同以往发现的其他反鸟都不相同,很显然代表了一种新的生态适应类型。

今鸟亚纲的鸟类化石过去发现较少。最近文献发表的燕鸟和义县鸟是早白垩世已知最完整的今鸟化石,从而大大弥补了这一支早期鸟类演化知识的不足。它们的飞行结构都和现代鸟类几乎一样,类起源于恐龙的假说和飞行的树栖假说进行了合理的结合。带毛恐龙研究的另一项重要进展是对原始的驰龙类中国鸟龙皮肤衍生物的进一步研究,得出了一些重要结论:第一,中国鸟龙的皮肤衍生物不是单独存在的毛状物,而是由多个毛状物组成的复合结构;第二,这些皮肤衍生物代表了两种类型的鸟类羽毛特有的分叉结构,一种是多个毛状物在基部联合,组成一簇或一束,另一种是多个毛状物沿着一根中轴排列成一个序列。在对中国鸟龙原始羽毛研究的基础上提出了鸟类羽毛演化的4个阶段:第一阶段,羽毛还没有形成分叉构造,中华龙鸟的毛状物大体对应于这一阶段;第二阶段,羽毛形成了羽根,羽枝的基部与之愈合,成簇状分叉;第三阶段,羽毛产生了羽轴,羽枝沿羽轴排列,中国鸟龙的身体上分别保存有对应于第二和第三阶段的原始羽毛;第四阶段,出现小羽枝等更进步的鸟类羽毛的构造。在中国鸟龙的身体上发现确切的原始羽毛构造,不仅确立了鸟类羽毛和恐龙毛状物的同源关系,而且进一步支持了鸟类起源于恐龙的假说。

除了带毛恐龙的研究,在辽西义县组最近还发现了另外两种重要的恐龙分子。一种是热河龙,这是在义县组发现的第二种鸟臀类恐龙,经初步研究鉴定为是一种原始的鸟脚类。另外一种是锦州龙,是辽西发现的第一件禽龙化石,锦州龙的一些特征比多数禽龙类原始,另外一些特征却非常接近鸭嘴龙类,但多数特征接近于早白垩世的禽龙类。锦州龙的进步和原始特征的镶嵌组合对于研究禽龙类的演化和鸭嘴龙类的起源具有重要意义。这一大型恐龙的发现还丰富了热河生物群的组合面貌。

二、哺乳动物新的重要发现

继张和兽和热河兽以后,最近在辽西义县组又发现了一种十分有趣的原始的哺乳动物,已被命名为爬兽。化石包括完整的头骨,而且是立体保存的。它一方面具有发育的齿骨——鳞骨关节、前臼齿和臼齿的分化等典型的哺乳动物的特征;而另一方面也保留了一些类似爬行动物的原始的特征,因此被认为是热河生物群已发现的哺乳动物中最原始的一种,是热河生物群中比较引人注目的大型无脊椎动物。

三、其他方面的重要研究

最近通过对这一类化石的详细研究,对环足虾科的特征进行了重要补充和修订。在昆虫研究方面,最近建立了许多新的种类。如,归为膜翅目的许多蜂类化石,许多科都是在我国的首次报道。在此基础上,还对义县组沉积时期的古气候进行了分析,认为当时在辽西地区存在复杂多变的气候环境。归为同翅目的蚜虫类化石在热河生物群十分丰富,最近也有详细的论述。此外,对隶属蜻蜓目的衍蜓的研究,得出了一些重要的结论,如认为多室华衍蜓和三尾类蚌蟒一样,都是热河生物群的一个广布种。此外,通过对比,研究者还提出,辽西的义县组和山东莱阳组时代相当,都属于晚侏罗世。尽管昆虫学家的这一观点可能并不会被多数古生物学家所接受,但很显然有关热河生物群时代问题的争论还将继续一段时间。

辽宁古果在热河生物群的发现引发了探讨被子起源问题的热潮。虽然热河生物群发现的多种不同的植物都先后被归入被子植物,但至今唯有辽宁古果得到了较广泛的接受。最近发现的一些带有和蕨类植物相似叶片的辽宁古果化石,可能改变我们过去对这一化石的许多看法。最新的一些关于被子植物起源的研究中提出被子植物可能起源于类似睡莲一类的植物。

总之,热河生物群的研究最近取得了显著的进展,而且有关的研究在国际学术界也产生了很大的反响。然而,我们并不能因此而沾沾自喜,许多重大的学术问题还存在各种各样的争论。而且,如何把我国在化石资源上的无数个世界第一最后转化为原创性的理论并保持在国际古生物学前沿领域的领先地位,将是我们今后努力的方向。