发现

阿凡达伊卡兰翼龙生态复原图

阿凡达伊卡兰翼龙头部复原
撰文/蒋顺兴 李宁 许丹
2009年,科幻电影巨作《阿凡达》横扫全球,片中各种虚构的外星生物让人们津津乐道。其中,有两类空中飞行的翼兽—"魅影"和"伊卡兰",它们原本是依据地球上的飞行生物的样子混合杜撰而成的虚构物种。谁能想到,该片上映5年之后,古生物学家居然奇迹般地找到了连原创者都不知道的地球生物"原型"。这就是今年9月11日,《自然》(Nature)子刊《科学报告》(Scientific Reports)发表的中国科学院古脊椎动物与古人类研究所汪筱林科研团队的最新发现—阿凡达伊卡兰翼龙(Ikrandraco avatar)。
科幻与现实
在《阿凡达》中,潘多拉星球上的各种生物与地球生物完全不同,不过我们总能在那些奇特的外星生物身上找到地球生物的影子。其中,能给人们留下最深刻印象的潘多拉生物,可能就是那些空中飞行的翼兽"伊卡兰"和"魅影"了。
这些被外星"纳威人"作为坐骑的大型飞行动物,既不像鸟也不像蝙蝠,很显然也不完全是由电影制作者凭空想象出来的,我们推测这些飞行翼兽很大程度上是参考了现今已经绝灭的飞行爬行动物—翼龙。可以说,这种虚构的生物是翼龙、鸟和蝙蝠等飞行脊椎动物的混合体。至于主角的坐骑"魅影",它的头部形态正是两种翼龙头骨的集合。"魅影"的上下颌都有头饰,满嘴都是尖利的牙齿,这与古魔翼龙类的特征相似;不过,"魅影"的头饰呈帆状,与古魔翼龙的圆弧形不同,而这种帆状的头饰却出现在没有牙齿的古神翼龙类的头上。所以说,"魅影"其实就是这两种翼龙的结合体。
至于"伊卡兰"的形象,电影艺术家们显然是在"魅影"的基础上做了些许调整(去掉了头骨顶部的头饰,而仅保留了下颌的脊状结构)而生成的。令人意外的是,这种艺术家的想象之作却为我们提前描绘了一种生活在白垩纪的会飞的地球生物,它就是最新发现的翼龙—阿凡达伊卡兰翼龙。不过,这次新发现的翼龙,个头要比电影中的"伊卡兰"小很多,翼展仅1.5米左右。而根据影片设定,"伊卡兰"的翼展可达12米,与地球上已知最大的翼龙相当;"魅影"的体型则更大,翼展可达25米。
新属种的发现
新发现的伊卡兰翼龙化石,包括两件来自辽西地区下白垩统九佛堂组的化石标本。正型标本产自建昌喇嘛洞,保存了完整的头骨和下颌,以及部分身体骨骼;另一件标本产自相邻的凌源四合当,包括完整的头骨、下颌和部分颈椎。两件标本的产出地点相距20~25公里,都赋存在距今约1.2亿年的九佛堂组的湖相页岩中。
在已发现的翼龙化石中,伊卡兰翼龙是少见的、同一属种发现了一件以上较为完整标本的类型。形态学和分支系统学的研究表明,伊卡兰翼龙属于翼手龙亚目的无齿翼龙超科(Pteranodontoidea),具有一些自近裔特征及特征组合(头骨背侧在鼻眶前孔上方微微拱起;鼻骨外侧凹陷;下颌骨质脊呈刀片状,最高处位于中间位置;下颌腹侧下颌骨脊后缘具钩状突等),这足以将它与其他翼手龙类区别开来。
在九佛堂组的地层中,汪筱林等还发现过猎手鬼龙、努尔哈赤翼龙和辽宁翼龙等,这些中到大型的食鱼翼龙与这次发现的伊卡兰翼龙具有较近的亲缘关系。至于更精确的分类位置,还有待于进一步的研究。
省力的捕食行为
中国和巴西两国古生物学家在对这两件翼龙化石的形态学和系统发育进行分析的基础上,重点对伊卡兰翼龙的形态功能和捕食方式等进行了较深入的讨论。
伊卡兰翼龙与其他已知翼龙的最大不同,就是它只发育下颌骨脊,而没有上颌骨脊。这一奇特的头饰形态,不仅在已知翼龙中从来没有被发现过,在现生动物中也没有实例,因此还无法准确地知道它的下颌骨脊的功能。
科学家们对头骨脊可能具有的多种功能进行了解释,认为头骨发育脊(头饰)最常见的功能就是"展示"。无论是性别展示还是属种间展示,在头部上方显然远比在头部下方更容易被发现,因而也更具有展示功效,更能引起其他个体或异性的关注。但是,此次发现了仅具有下颌骨脊的伊卡兰翼龙,说明"头饰仅有展示功能"的可能性大为降低。从两件标本下颌骨脊的表面来看,并未发现像来自巴西的掠海翼龙的头骨脊上大量分布的沟槽状的血管印痕,所以它作为散热部位的可能性也较小。
从空气动力学角度看,伊卡兰翼龙的下颌骨脊呈半圆形,边缘平滑似刀片,很可能还具有一层较薄的角质鞘,这使得它在飞行和捕食时,可能具有切割流体和降低阻力的功能。科学家们推测,伊卡兰翼龙在淡水湖泊捕猎食物时,会贴近水面飞行,薄薄的下颌骨脊可以部分或全部切入水中,一旦发现水面附近的猎物,就迅速将其捕获。在这一捕食过程中,下颌骨脊就起到了切割水流和瞄准猎物的作用,这种捕食行为非常类似于现生的剪嘴鸥。曾有研究者认为,之前被推测在水面低飞掠食的翼龙可能并不具有这种能力,因为它们的体型过大,如果这样贴水飞行捕食,所消耗的能量太大。而伊卡兰翼龙的翼展大约只有1.5米,属于中小型的翼龙类,也仅比剪嘴鸥(翼展约1.2米)略大一点,所以伊卡兰翼龙可能也只是偶尔采用这一捕食方式。
在伊卡兰翼龙的下颌骨脊后侧,发育有明显的钩状突(上图箭头处),这一特征在其他翼龙和现生动物中都未曾发现。有一些翼龙化石,从其皮肤印痕可以推测,它们具有类似现生鹈鹕的喉囊,但这些推测都还没有确实可靠的证据。然而,伊卡兰翼龙发育的钩状突很可能就是其具有喉囊的最好证据,这一结构的主要功能是为了附着柔软的皮质喉囊,同时也代表了喉囊最前端的位置。伊卡兰翼龙喉囊的功能可能和鹈鹕的略有不同—鹈鹕利用喉囊进行捕食,而伊卡兰翼龙很可能利用喉囊来储存在水面多次捕获到的鱼类等食物,而不需要在每次捕抓到食物后立刻吞咽,也不需要飞离水面后再寻找目标进行下一次的捕食。这样的捕食行为可以很好地节省体能,也意味着一种全新的翼龙捕食方式。
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