一项合作研究引入了“同花顺追逐假说”来解释鸟类翅膀和尾巴的进化起源，可以追溯到有羽毛的恐龙。这一假说得到了机器人模拟和生物学研究的支持，表明原始翅膀和尾羽被用来驱赶猎物，提高觅食效率。这一发现为我们对恐龙行为和鸟类羽毛的进化发展的理解增加了一个新的维度。来源:SciTechDaily.com
恐龙可能利用前肢和尾巴上的羽毛来冲水和追捕猎物——一种结合形态学、行为学和神经生物学的新假设。
鸟类翅膀和尾巴的起源是什么?这是动物进化的关键问题之一。
长期以来，人们一直认为它们的进化始于长羽毛的恐龙。其中一些恐龙的尾巴上有羽毛，前肢(手臂)上有像翅膀一样的小羽毛。这些小的翅膀状结构被称为“原始翅膀”，由一种叫做羽状羽毛的特殊羽毛组成，这种羽毛是鸟类翅膀和尾巴上的坚硬羽毛。这种羽毛最早出现在侏罗纪时期的恐龙身上，这些恐龙被称为羽龙，它们的原始翅膀是由羽状羽毛制成的。
然而，众所周知，这些原型翅膀太小，无法进行动力飞行。因为我们无法穿越时空去观察它们的行为，所以恐龙做了什么以及它们的行为方式仍然没有答案。
50年前，约翰·哈罗德·奥斯特罗姆首次提出了鸟类祖先的原始翅膀和尾羽的各种功能，即原始翅膀是生活在地面上的小型掠食性恐龙用来击倒昆虫猎物并跟随猎物的想法。然而，小的“原始翅膀”和有羽毛的尾巴是如何帮助鸟类的恐龙祖先的还没有解决。
同花顺假说
由野外生物学家、综合生态学家(Piotr G. Jablonski、Sang-im Lee、Jinseok Park、Sang Yun Bang和Jungmoon Ha)、古生物学家(Yuong-Nam Lee和Minyoung Son)和机器人专家(Hyungpil Moon和Jeongyeol Park)组成的一个新的科学合作小组提出了一个新的想法:“同冲假说”。
假设的名称为其内容提供了线索。一些鸟类采用“同花顺-追逐”觅食策略，使用翅膀和/或尾巴来视觉上冲洗隐藏的猎物，并追捕同花顺的猎物(例如，北方知更鸟，?Linzy's Vids)。这一假设表明，长着原始翅膀的小型恐龙也采用了类似的策略。
这一假设是基于多年来对几种食虫鸟类进行的详细的野外鸟类学研究，这些研究是由当前研究的合著者Piotr Jablonski和他的合作者以及Ron Mumme和他的合作者进行的(例如，彩红雀、板喉白雀、眼镜白雀和连帽莺)。
对这些鸟类的研究表明，在翅膀和尾巴上展示对比鲜明的羽毛(通常是黑白相间的斑块)会引发猎物的逃跑，从而提高鸟类的觅食效率，因为逃跑的猎物会被鸟类追捕和抓住。研究人员还研究了这种关系背后的神经生物学。节肢动物神经系统的权威专家Piotr Jablonski和Nicholas Strausfeld提出，昆虫体内的特殊神经元是由食虫鸟类的简单的同花顺行为激活的。
Piotr Jablonski和他的合作者在2005年由N. Strausfeld主持的戈登研究会议“神经行为学:行为、进化和神经生物学”上首次提到了同花追逐假说。从那时起，这一想法得到了发展，并在2018年国际鸟类学大会和2023年综合生物学学会年会上提出。
野外鸟类学家Piotr Jablonski评论说:“在对鸟类进行了广泛的实地研究并深入研究了它们猎物的神经元后，我多年来一直没有成功地说服波兰、美国和韩国的资助组织和持怀疑态度的拨款审查员支持对早期翼龙恐龙的假设进行评估的研究。”
“最终，首尔国立大学提供的资金使我们能够启动我们的合作研究，并通过一些额外的资金完成它。最后，在面对11家期刊编辑委员会的多次拒绝后，我们终于找到了一家允许我们的研究结果接受同行评审的期刊，这使得我们的研究结果得以发表，”Piotr Jablonski补充道。
图1所示。(A)重建的Caudipteryx?Christophe Hendrickx。在知识共享许可(CC BY-SA 3.0)条款下使用。(B) Robopteryx，模仿Caudipteryx的形态，位于田野中蚱蜢的前面(用红色箭头标记)。(C)蚱蜢在实验中被测试。图片来源:Caudipteryx image (A) by?Christophe Hendrickx在知识共享许可(CC BY-SA 3.0)条款下使用。p·g·雅布隆斯基摄(B)，朴镇硕摄(C)。
研究结果及启示
恐龙化石专家、该研究的合著者古生物学家李永南(Yuong-Nam Lee)解释说:“我们选择了马龙鸟作为早期Pennaraptoran恐龙的代表。”机器人专家文亨pil领导的机器人团队制造出了与Caudipteryx外形相似的机器人“roopteryx”(图1A)。
与此同时，生物学小组对现有的鸟类利用翅膀和尾巴的多样性进行了全面的回顾，这些鸟类利用翅膀和尾巴来视觉上触发猎物的逃跑。研究人员汇编了一些片段的链接，以说明鸟类之间的这种多样性(参见论文中的补充材料，以及下面提供的一些示例的其他链接)。“Robopteryx”配备了9个马达，在白垩纪恐龙解剖专家Minyoung Son从古生物学文献中确定的解剖学限制范围内，通过编程模仿地面觅食的红潮鸟类的前肢和尾巴的运动，例如更大的路跑鸟(?Kat Avila)或红尾scrub robin(?Nature Never Die)。
这部电影展示了三种不同的方式，有原始翅膀的恐龙可能会通过视觉展示来驱赶猎物，然后追捕它们。首先，蚱蜢跳起来/飞开，这是对恐龙用原始翅膀伸展前肢的反应。其次，蚱蜢跳跃/飞离响应折叠的前肢与原翅膀。第三，蚱蜢对尾巴向上运动的反应是逃跑。
Jinseok Park(论文第一作者，专注于鸟类饮食和觅食的野外鸟类学家)与野外生物学家团队对“Robopteryx”进行了测试，以观察野生蚱蜢的行为反应(图1B, C)，它们属于可能与翼龙恐龙共同出现的古代直翅目。结果显示，与没有原始翅膀的蚱蜢相比，当前肢上有原始翅膀时，蚱蜢逃跑的频率更高。此外，当原始翅膀有白色斑块时，蚱蜢逃跑的次数比原始翅膀有纯黑色斑块时更多。此外，当有尾羽时，特别是当尾羽面积很大时，蚱蜢逃跑的频率更高。
Robopteryx惊吓蚱蜢逃跑，这是对装备有原始翅膀的前肢折叠和伸展的视觉刺激的反应，也是对尾巴运动的反应。视频显示，机器人的运动速度放慢了12倍。
由于涉及昆虫猎物逃跑的简单神经回路的反应对于理解鸟类追逐红字策略的进化至关重要，研究人员决定将蚱蜢神经元的反应与恐龙的假设展示进行比较。
朴真硕解释说:“我制作了模仿黄雀鸟的假想展示的电脑动画(论文补充材料中的例子)，并在实验室里向蚱蜢展示了它们。”Jinseok补充说:“我使用了容易获得的廉价设备来记录神经元的反应。”研究人员发现，神经元的反应，尤其是峰值放电率，对有原始翅膀的动画的反应要比没有原始翅膀的动画高。
基于这些结果，研究人员认为，当由羽毛构成的原型翅膀出现时，尤其是在前肢末端附近和有对比图案的地方，以及当尾羽(尤其是大面积的尾羽)在假想的同色展示中使用时，恐龙的猎物更有可能逃跑。
“我们提出，用羽毛冲洗猎物可以增加逃脱猎物后的追捕频率，从而放大了原始翅膀和尾巴在成功追捕过程中的重要性。这可能会导致更大更硬的羽毛的发展，因为这将使更成功的追求和更明显的视觉上的闪光。研究小组的综合生态学家李相林(Sang-im Lee，音)总结道。他早些时候研究了鸟类在空中动作中的作用。
有关这项研究的更多信息，请参见揭开史前有羽毛恐龙的恐吓战术。
参考文献:《猎物的逃跑行为和恐龙羽状羽毛的进化》，《科学报告》，2024年1月25日。DOI: 10.1038 / s41598 - 023 - 50225 - x
