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羽毛是鳥(niǎo)類(lèi)征服天空的工具，其功能演化從早期單根細(xì)絲狀羽毛的保溫、隔熱、通訊交流、保護(hù)色及防水等，逐漸演化為飛羽的空氣動(dòng)力學(xué)功能。現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)飛羽具有高效空氣動(dòng)力功能的主要原因在于精密構(gòu)造——其遠(yuǎn)端羽小枝腹側(cè)的羽小鉤嵌入隔壁羽枝上近端羽小枝背側(cè)的凹槽，形成類(lèi)似拉鏈的互鎖結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為鉤槽聯(lián)鎖機(jī)制；近端羽小枝末端具有結(jié)節(jié)，防止羽小鉤在受外力時(shí)在羽小枝上滑動(dòng)，稱(chēng)為級(jí)聯(lián)滑鎖系統(tǒng)。通過(guò)鉤槽聯(lián)鎖機(jī)制與級(jí)聯(lián)滑鎖系統(tǒng)雙重機(jī)制緊密結(jié)合，使飛行羽毛兼具超強(qiáng)抗撕裂能力與自修復(fù)功能。近年來(lái)，在我國(guó)遼寧西部、河北北部及內(nèi)蒙古東南部中生代地層發(fā)現(xiàn)的一系列帶羽毛恐龍化石為羽毛的宏觀演化研究提供了證據(jù)。但是，由于羽毛的羽小枝等細(xì)微結(jié)構(gòu)通常在成巖時(shí)被破壞，這些在頁(yè)巖中保存的化石僅能保存羽毛的宏觀形態(tài)。因此，鳥(niǎo)類(lèi)飛羽的鉤槽聯(lián)鎖機(jī)制與級(jí)聯(lián)滑鎖系統(tǒng)的演化機(jī)制一直缺乏直接證據(jù)。針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員白明團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)家自然博物館、中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所、沈陽(yáng)師范大學(xué)及首都師范大學(xué)等單位的科研人員，對(duì)距今約9900萬(wàn)年前的5塊晚白堊世緬甸羽毛琥珀進(jìn)行研究。該研究構(gòu)建了針對(duì)羽毛琥珀微納結(jié)構(gòu)原位暴露和三維形態(tài)獲取分析技術(shù)體系，并通過(guò)使用片溶法對(duì)羽毛化石表面進(jìn)行局部處理，將羽小枝及其黑素體原位暴露，且利用激光共聚焦顯微鏡與高分辨率掃描電鏡分別獲得三維結(jié)構(gòu)信息和羽小枝及其黑素體的微納尺度超微結(jié)構(gòu)信息。同時(shí)，研究利用掃描電鏡的聚焦離子束技術(shù)對(duì)羽小枝進(jìn)行原位切割，獲得了羽小枝橫截面的三維超微結(jié)構(gòu)。研究表明，中生代羽毛的羽小枝存在兩種新類(lèi)型——類(lèi)型I羽毛和類(lèi)型II羽毛。其中，類(lèi)型I羽毛具有近乎對(duì)稱(chēng)的羽片，羽軸極細(xì)，羽枝基部寬度小于分生的羽小枝。這一類(lèi)型的羽毛或?qū)儆隈Y龍類(lèi)、傷齒龍類(lèi)等接近鳥(niǎo)類(lèi)的非鳥(niǎo)恐龍。同時(shí)，其羽小枝基部的橫截面呈現(xiàn)獨(dú)特的“L”形彎曲，與現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)的廓羽相似，但缺乏鉤槽結(jié)構(gòu)。羽小枝中遠(yuǎn)段保留絨羽典型的結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，證明了羽毛從絨羽向飛羽演化是通過(guò)“基部形態(tài)改造”與“末端功能強(qiáng)化”分階段創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)。類(lèi)型II羽毛具有符合現(xiàn)代飛羽標(biāo)準(zhǔn)的增厚的羽軸和不對(duì)稱(chēng)羽片，這一類(lèi)型的羽毛或?qū)儆诰挼橥戆讏资莱Ｒ?jiàn)的反鳥(niǎo)類(lèi)。其近端羽小枝背側(cè)首次發(fā)現(xiàn)明確凹槽，并與遠(yuǎn)端羽小鉤形成互鎖機(jī)制。與現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)不同，其近端羽小枝腹側(cè)呈“J”形彎曲，使相鄰羽小枝間存在空隙，空氣易從縫隙穿過(guò)，表明早期飛行羽毛的空氣動(dòng)力學(xué)效率較低。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)在一件無(wú)羽軸游離羽枝標(biāo)本的近端羽小枝末端背側(cè)發(fā)現(xiàn)結(jié)節(jié)，這是迄今最古老的羽毛級(jí)聯(lián)滑鎖系統(tǒng)實(shí)證?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)豐富了羽毛演化模型理論中第3-5階段。其中，階段IIIa+b代表羽軸極細(xì)、羽小枝具有結(jié)節(jié)，但基部“L”形化的過(guò)渡形態(tài)；階段IVa顯示羽軸增厚但無(wú)羽小鉤；階段IVb揭示羽軸增厚，出現(xiàn)羽小鉤；階段Va對(duì)應(yīng)反鳥(niǎo)類(lèi)空氣動(dòng)力學(xué)效率較低的不完全優(yōu)化飛羽；階段Vb指向今鳥(niǎo)類(lèi)的現(xiàn)代高效飛羽。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)在觀察羽毛化石超微結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量在羽小枝中呈原位保存的黑素體。研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)黑素體的三維排列分析黑素體大小及形狀，并利用布拉格定律推導(dǎo)模擬公式計(jì)算反射峰波長(zhǎng)，揭示了這些羽毛可能的原始色彩——類(lèi)型I羽毛因特殊黑素體層狀排列或呈現(xiàn)“黑色帶紅色光澤”；類(lèi)型II羽毛或?yàn)閱握{(diào)的深灰色或“企鵝式純黑”；游離羽枝或?yàn)槠胀ɑ疑?。這一研究填補(bǔ)了羽毛演化史的關(guān)鍵空白，為重建早期鳥(niǎo)類(lèi)飛行能力的演化路徑提供了實(shí)證。近期，相關(guān)研究成果以The Ultrastructure of the Cretaceous Feathers Highlights the Evolution of the Feather為題，發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院及北京市等的支持。論文鏈接研究的類(lèi)型I羽毛化石（a-e）、類(lèi)型II羽毛化石（f-j）、零散羽枝化石（k-o,p-q）和現(xiàn)代鳥(niǎo)的羽毛