早白垩世热河生物群(距今1.35~1.20亿年),以辽宁西部、河北北部和内蒙古东南部为核心分布区,是世界级的陆地特异埋藏化石宝库(规模大、类型丰富)。这其中就包括鸟类的先祖——原始热河鸟(以下简称“热河鸟”)的化石。
热河鸟喙部粗壮,但只有几颗很小的牙齿。与今天的鸟类不同,它的尾巴像恐龙一样,由20多节骨质尾椎组成。作为最早的鸟类谱系之一,对其食性的研究不但可以全方面了解鸟类生态多样性的起源,而且有助于解开鸟类与开花植物间的共同进化之谜。
那么,鸟类与植物间的共同进化之谜指的是什么呢?原来,现代鸟类和植物在种子传播、授粉、吸食花蜜机制等方面存在密切的互惠关系。研究人员猜测,古鸟类在被子植物起源和早期多样化中发挥着关键的共同进化作用。然而,因为一直缺乏直接的化石证据,这样的假说很难被验证。如今,关于这一假说的研究有了突破性进展。
不同于兽脚类恐龙(大多是肉食性的、小部分次生性植食或杂食),很多中生代的鸟类以植物为食。牙齿的退化、腹部富集的胃石(由食物残渣与多种物质在胃内形成的、不能排出胃腔的块状结构)都是它们植食性的间接证据。它们的胃部还保存了种子化石。
但是,这些种子化石究竟属于裸子植物还是被子植物?用什么方法才能锁定它们的类型呢?是不是真的存在这样一种物质,经过亿万年的沉积,仍旧能携带大量信息呢?答案是肯定的,这就是植硅体——一种微体植物化石。
植硅体指的是某些高等植物从地下水中吸取了可溶性二氧化硅,二氧化硅会沉淀于植物细胞内部或者外部位置,从而形成含非晶态的二氧化硅颗粒。植硅体具有耐酸、耐高温、抗分化、分布广的特性。
在热河鸟化石腹腔的肋骨附近,研究人员发现了类似消化道残留的黑色炭化胶结物。用CT扫描这一黑色部位,发现其内部还隐藏了少数表面十分光滑、椭圆形的胃石。这些胃石和残留物混杂在一起,在特殊的埋藏环境中被保存了下来。经过多次尝试,研究人员从中成功提取出了植硅体。
为了明确这些植硅体的来源,研究人员整理对比了4000余种植物的植硅体数据,发现它们在形态和纹饰上与现生木兰类植物叶片植硅体最为接近,这说明热河鸟的叶食性。
同时,研究人员还发现了可能来自双子叶植物(胚具2枚子叶的被子植物)叶片毛细胞组织的毛基型植硅体,进一步佐证了热河鸟的叶食性。
作为补充性分析,研究人员对热河鸟和现生鸟类主要支系的下颌(hé)三维几何形态数据集进行了分析。结果显示,热河鸟的下颌形态与麝雉(生活在南美洲热带森林中,主要以叶子为食的现生鸟)十分接近。这一结果进一步印证了由植硅体分析得出的热河鸟食叶习性的结论。
由此可知,早期鸟类不但可以从水果和种子中获得能量,还可以从更难消化的叶子中提取营养。更重要的是,我们大家都知道了这是来自被子植物木兰类植物的叶子。
回到文章开头的那个问题,鸟类与开花植物之间是怎么样共同进化的?通过对热河鸟食性的研究,我们得知,白垩纪早期,鸟类经历了一场特别的进化,那里不仅有食鱼的今鸟类、食虫的反鸟类,还有大量以植物为食、处在鸟类进化支系基干位置的热河鸟。和我们今天看到的鸟类多种不同食性类似,早在1亿多年前的辽西地区,伴随着开花植物的繁盛,鸟类在演化中也开始了新的尝试。
中国科学家通过植硅体研究,为热河生物群谱写了一页精彩的篇章。我们好像看到,1.2亿年前, 一只身披华丽羽毛的大鸟正是鸟类的祖先之一——热河鸟,它扇动宽阔的双翼,飞上枝头,在木兰树上悠闲地吃着果实与树叶。