植硅體揭秘古鳥食譜

吳 妍

被子植物主導(dǎo)著當(dāng)今地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的大部分景觀，并在支持不同生態(tài)系統(tǒng)的相互作用和包括人類自身的生物多樣性構(gòu)建方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。從現(xiàn)代鳥類和植物之間密切關(guān)系來(lái)看(例如在種子傳播、授粉和吸食花蜜機(jī)制等)，長(zhǎng)期以來(lái)，鳥類被認(rèn)為可能在被子植物早期多樣性方面扮演著協(xié)同演化的重要生態(tài)角色。然而，古鳥類和被子植物相互作用的直接化石證據(jù)一直缺乏，使得這樣的假說(shuō)很難找到確鑿的證據(jù)。

中國(guó)遼西早白堊世熱河生物群的特異埋藏已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一系列重要的脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物、被子植物化石，還包括了已知最古老也是多樣性最為豐富的鳥類化石。為了進(jìn)一步探討被子植物和早期鳥類之間的相互關(guān)系，科研人員首次試圖應(yīng)用植硅體分析方法對(duì)原始熱河鳥消化道材料進(jìn)行了細(xì)致研究。

熱河鳥標(biāo)本(IVPP V14978)的線描、攝影和CL掃描（圖片來(lái)自原文）

與現(xiàn)代鳥類不同，原始熱河鳥只有幾顆小牙齒，尾巴由二十多節(jié)骨質(zhì)尾椎組成，和恐龍尾巴很像。原始熱河鳥位于鳥類演化樹較為基干的位置，是除始祖鳥之外，和鳥類祖先最接近的一個(gè)支系。對(duì)其食性的研究對(duì)于全面了解鳥類生態(tài)起源輻射至關(guān)重要。

之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，中生代的鳥類很多以植物為食，特別是在熱河鳥正型標(biāo)本中胃部保存種子化石。然而早期鳥類特別是熱河鳥到底在食用哪種植物呢？是裸子植物還是被子植物？一直以來(lái)，由于直接證據(jù)的缺乏，給我們留下很多未解之謎。

到底用什么方法，能夠透過(guò)億萬(wàn)年的沉積，仍然可以解鎖遠(yuǎn)古的植物信息呢？這個(gè)“神兵利器”就是植硅體。植硅體是一種微體植物化石。它是高等植物從地下水中吸取了可溶性二氧化硅，沉淀于植物細(xì)胞內(nèi)或者細(xì)胞外部，形成水合二氧化硅。植硅體具有一些獨(dú)特的特性，比如它耐腐蝕和分布廣。植硅體的分布，可以從高山到平原，從江湖到海洋，凡有植被的地方都有植硅體存在的可能。不僅如此，更為重要的是，不同的高等植物會(huì)產(chǎn)生獨(dú)有的植硅體形態(tài)。所以，我們可以根據(jù)植硅體形態(tài)特征，區(qū)分不同的植物細(xì)胞，進(jìn)而對(duì)植物種類進(jìn)行鑒別。換句話說(shuō)，它就是植物的專屬身份證。

事實(shí)上，植硅體分析已經(jīng)在考古學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、古生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多研究領(lǐng)域取得很多重要成果，特別在考古研究中的應(yīng)用發(fā)揮著重要作用。而植硅體這種強(qiáng)烈的耐腐蝕和指示性特點(diǎn)，是否可以把它應(yīng)用到更古老的中生代脊椎動(dòng)物的特異埋藏化石研究呢？最近，我們首次應(yīng)用植硅體分析方法對(duì)一個(gè)完整熱河鳥化石個(gè)體的消化道材料的分析，發(fā)現(xiàn)了富集的化石植硅體。

為了進(jìn)一步鑒定化石植硅體，在整理4000余種植物的植硅體數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，依據(jù)早期群落植硅體數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)化石植硅體與現(xiàn)生植物中木蘭類植物葉片植硅體最為接近，從而實(shí)現(xiàn)了這些古老植硅體的形態(tài)鑒定。這一研究結(jié)果證實(shí)了在熱河鳥的胃容物中保留了來(lái)自木蘭類葉子植硅體的證據(jù)，也將已知的早期鳥類植食性認(rèn)識(shí)擴(kuò)展到木蘭類植物的葉片。這是植硅體分析方法在中生代脊椎動(dòng)物化石研究應(yīng)用的又一次重要突破，為進(jìn)一步拓展脊椎動(dòng)物與環(huán)境協(xié)同演化研究，開辟了新的方向。

包括熱河鳥和現(xiàn)存鳥類在內(nèi)的三維下頜形狀PCA圖，重點(diǎn)與現(xiàn)存植食性鳥類對(duì)比（圖片來(lái)自原文）

研究團(tuán)隊(duì)基于宏觀及微觀等多重分析手段，利用形態(tài)計(jì)量分析和下頜骨骼幾何形態(tài)的定量化研究，對(duì)包含熱河鳥和現(xiàn)生鳥類主要支系的下頜三維幾何形態(tài)數(shù)據(jù)集進(jìn)行了更多分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱河鳥的下頜形態(tài)類似現(xiàn)生植食性鳥類，其在形態(tài)上更接近于南美洲熱帶森林中現(xiàn)生鳥類（麝雉），麝雉恰恰就是以葉子為食的。

先前的研究已經(jīng)表明，鳥類的近親，小型獸腳類恐龍絕大多數(shù)屬于獵食者。相比之下，鳥類是樹棲植食性動(dòng)物，這是當(dāng)今鳥類在世界各地占據(jù)的一個(gè)重要而常見的生態(tài)角色。而鳥類向樹棲性的生態(tài)位轉(zhuǎn)化表明鳥類進(jìn)化過(guò)程中的取食、消化系統(tǒng)和所處的陸地生態(tài)發(fā)生了改變，鳥類與開花植物之間開始了直接的相互作用。我們從熱河鳥胃容物中發(fā)現(xiàn)木蘭類植物葉子，為古鳥類普遍植食性的樹棲生態(tài)位置的轉(zhuǎn)化提供了明確證據(jù)。這一研究成果不僅為早期熱河鳥食性提供直接證據(jù)（熱河鳥與其生態(tài)環(huán)境復(fù)原圖見封底），也為鳥類食性演化與被子植物演化之間的早期互動(dòng)提供了全新的認(rèn)識(shí)。

可以想見，在中國(guó)遼西白堊紀(jì)早期，鳥類正經(jīng)歷著一場(chǎng)別開生面的進(jìn)化輻射，在環(huán)境變化的影響下華麗變身！它們展開飛翼，凌空而上，和它億萬(wàn)年后的子子孫孫一樣，飛上木蘭樹梢，在樹枝的搖曳中，享用著葉片的能量和芬芳！