鸟类如何在恐龙末日中幸存下来
科学家终于明白为什么鸟类是唯一挺过白垩纪末大规模灭绝的恐龙
一种早期的现代鸟类，Asteriornis6600万年前，小行星撞击导致所有非鸟类恐龙灭绝，之后它就以种子为食。
朱利叶斯·乔托尼
大约 6600 万年前，白垩纪的最后一天，地球上栖息着种类繁多的恐龙。在北美，超级掠食者Tyrannosaurus rex跟踪它最喜欢的猎物，三角兽Triceratops。在亚洲，敏捷的猛禽注视着成群的鸭嘴兽和装甲食草动物，而一群微型食肉动物和食草动物则在欧洲岛屿上漫步。在赤道以南，比喷气式飞机还重的长颈庞然大物在行走时震动着地面。世界各地的羽毛覆盖恐龙都在炫耀它们的羽毛，有些在空中拍打翅膀飞翔。
然后，恐龙时代突然结束了。一颗巨大的小行星撞击墨西哥湾，引发了连锁反应：地震、海啸和野火，随后是多年的黑暗和寒冷。这可能是地球历史上最糟糕的时刻，不久之后，四分之三的物种灭绝了。这颗小行星的灾难性如此之大，以至于催生了科学上最伟大的神话之一，这个神话如此普遍且不断重复，以至于我们大多数人都认为这是真的。这是一个神话，认为恐龙在白垩纪末期灭绝期间消失了，全部被砍倒。
事实上，一些恐龙在小行星灾难中幸存下来。尽管规范物种如T. rex和Triceratops尽管灭绝了，但有一个恐龙群体的成员却幸存下来：鸟类。为什么当所有其他类型的恐龙都灭绝时，鸟类却坚持了下来？几十年来，科学家们一直对这个问题感到困惑。在过去的 30 年里，随着古生物学家发现了数十种有羽毛和有翅膀的恐龙，这些恐龙与鸟类密切相关，并且在生物学和行为的许多方面相似，但实际上并不属于鸟类谱系，这个谜团变得更加深刻。其中一些恐龙甚至会飞。那么，是什么让鸟类独自逃脱了家族的命运呢？
最近，基于对化石、遗传学和生态学的新研究，答案已经出现。许多鸟儿从头顶飞过T. rex and Triceratops当小行星撞击时，大多数与它们的恐龙表亲一起死去。唯一摆脱白垩纪的鸟类是现代类型的物种。他们的生存取决于环境：当世界陷入地狱时，他们碰巧居住的地方以及他们碰巧拥有的特征对他们很有帮助。
研究人员长期以来一直在思考现代鸟类和灭绝恐龙之间的关系。 1860 年代，查尔斯·达尔文那一代的科学家注意到，今天的鸟类的骨骼与侏罗纪和白垩纪时期（距今 2.01 亿年至 6600 万年前）的小型食肉恐龙的骨骼有着惊人的相似之处。 20 世纪 90 年代，鸟类由恐龙进化而来的观点成为主流，这一观点得到了中国发现的带有羽毛的恐龙骨骼的支持，这些骨骼被史前火山掩埋并在原始状态下形成化石。
过去 25 年里，中国辽宁省的农民从田里挖出了数千只这种带羽毛的恐龙。我和我已故的同事吕俊昌一起工作，有幸研究了其中的许多物种，并命名了一个新物种，它是Velociraptor我们命名的Zhenyuanlong。它是一个令人惊叹的标本，身体的大部分都覆盖着纤细、毛发般的羽毛，手臂上的羽毛排列成小翅膀。当我呆呆地看着中国博物馆后室里的化石时，灯光照亮了羽毛，我真正理解了恐龙和鸟类之间的特殊联系。
这些羽毛生物讲述了鸟类如何从恐龙进化而来的故事。这是生命史上最伟大的进化转变之一：凶猛的地面食肉动物缩小身体，用绒毛包裹自己，长出翅膀并飞向天空。
从我的博士学位开始，在过去二十年的大部分时间里，我一直在努力理解这一令人震惊的转变。由已故马克·诺雷尔 (Mark Norell) 指导的论文，产生了早期鸟类及其近亲恐龙的大型家谱。这棵树表明鸟类是从恐龙经过数千万年逐步进化而来的。当今鸟类的许多关键特征——羽毛、翅膀、叉骨、中空骨骼、高效的肺、大大脑——实际上都是恐龙的特征，这些特征在很长一段时间内由于一系列原因而发展起来，直到后来才被重新利用以形成飞行机器。
这个头骨化石Asteriornis绰号“神奇鸡”，代表现代鸡和鸭所属家族中已知最古老的成员。
丹尼尔·J·菲尔德，剑桥大学
化石记录显示，到 1.5 亿年前，真正的鸟类已经进化，例如标志性的鸟类Archaeopteryx，翱翔在现代德国的泻湖上空。这些鸟类与其他恐龙的区别在于一项非凡的天赋：它们不仅可以像某些长有羽毛的恐龙亲戚一样被动滑翔，而且还可以拍打翅膀以提供升力和推力，以便在空中停留并保持飞行状态。
在接下来的 8500 万年或更长时间里，真正的鸟类与它们的恐龙表亲一起生活。第一个，包括Archaeopteryx，看起来像微型迅猛龙，有牛排刀般的牙齿、锋利的爪子和长而多骨的尾巴。随着时间的推移，一些鸟类进行了改进，以更好地适应空气。他们的手臂变得更长，翅膀更宽，扑翼肌肉更大，身体更轻。它们的尾巴缩短为一个脂肪结，固定着空气动力舵，它们用牙齿换成了喙。有些变成了温血动物，并开始以惊人的速度生长。
与此同时，这些侏罗纪和白垩纪的鸟类在地面、水中，尤其是树上定居了新的栖息地，在那里，一种被称为反鸟类的群体建立了一种新的生活方式，以植物和昆虫为食，并在树冠高处筑巢。到白垩纪末期，真正的现代鸟类出现了。物种如Vegavis和Asteriornis与鸭子和鸡属于同一群体的成员，与许多原始的、生长缓慢、长着长尾巴、牙齿和爪子的遗留物一起鸣叫和拍打翅膀。在原始的遗留物和现代的新来者之间，白垩纪拥有数量惊人的鸟类。
然后灾难降临了。罪魁祸首是一颗 10 公里宽的小行星，它是太阳系诞生时留下的碎片，恰好与地球相交。当这颗小行星撞击现在的墨西哥尤卡坦半岛时，它爆炸的威力超过十亿颗核弹。灾后的最初几天充满了火焰和硫磺。碰撞产生的灰尘和野火产生的烟灰堵塞了大气层，遮挡了阳光，使地球陷入了持续数年的冬天。如果那天你还活着，那么你的整个物种只有 25% 的机会继续生存。翼龙——一种在鸟类之前进化出扑翼飞行的空中爬行动物——全部死亡，海洋爬行动物和卷壳菊石也一样。几乎所有恐龙也是如此。
古生物学家对白垩纪末灭绝的速度以及这颗小行星是否是已经发生的灭绝事件的杀手或被错误指责的旁观者争论不休。根据新的证据，我相信死亡来得很快——用地质术语来说是瞬间的——而小行星确实是罪魁祸首。
十多年来，我和我的同事一直在新墨西哥州西北部的荒地进行勘探，那里柔和的条纹岩石保存着一层又一层导致灭绝的恐龙化石。 2025 年，我们的团队在新墨西哥州立大学的地质学家安德鲁·弗林 (Andrew Flynn) 的带领下，描述了该地区充满活力的恐龙群落，其准确年代可追溯到小行星诞生前不到几十万年。他们欣欣向荣。有肉食者和草食者，有角的，有鸭嘴的，小型猛禽，顶级掠食者霸王龙，甚至还有长颈蜥脚类动物，Alamosaurus，那是有史以来生活在陆地上的最大的动物之一。没有任何迹象表明有什么不对劲。然后它们的骨骼从岩石中消失，只剩下一种恐龙化石：鸟类脆弱、空心的骨头。
时间为了理解为什么鸟类在非鸟类恐龙灭绝时幸存下来，我们首先必须考虑受害者和幸存者的整体名单——不仅仅是恐龙，而是小行星撞击之前存在的整个动物王国。总体模式很明确：如果你很大，你就会死。所有比西伯利亚哈士奇体型更大的陆地生物都未能度过白垩纪并进入下一个时期，即古近纪。
记住这条规则，我们就可以明白为什么非鸟类恐龙——包括许多有羽毛的恐龙——被标记为死亡。由于它们的体型普遍较大，因此它们需要吃大量的食物，而当土地被烧毁和生态系统崩溃时，这就很困难。这些动物无法轻易地挖洞或躲避撞击后立即发生的火灾和其他环境破坏。它们中的大多数需要几年的时间才能成长为成年人，这使得单个个体能够坚持度过小行星引发的无休止的冬季的可能性变得更大。
然而，鸟类具有许多相反的属性。它们的体型小意味着它们不需要每天吃数百磅的食物，并且可以更好地应对困难时期。它们会飞，所以即使它们不能挖洞，它们也可以飞离任何迫在眉睫的危险。当然，与其他恐龙和其他各种死亡动物相比，这些资产使鸟类占据了优势。案件结案了吗？
丽贝卡·格伦特
不完全是，因为一个棘手的问题。白垩纪末期并不是一个简单的鸟类幸存而非鸟类恐龙死亡的故事。事实上，许多鸟类也在小行星的烈火和愤怒中被扑灭。他们中的大多数人——也许几乎所有人——都跟随了T。rex到坟墓。据估计，这场灾难导致鸟类灭绝的比例超过 90%。如果没有一些勇敢的幸存者，鸟类可能会重蹈它们的恐龙表亲的覆辙，今天你的喂鸟器上不会有麻雀、炸鸡晚餐或宠物鹦鹉。所以我们必须重新思考这个问题：为什么只有少数鸟类幸存下来？
我们再次可以将受害者与幸存者进行比较，这次是在鸟类中。从我们团队在新墨西哥州北部到蒙大拿州再到萨斯喀彻温省的野外地点，对白垩纪晚期的岩石进行了充分采样，发现了十多种不同的鸟类。它们的范围从保留牙齿和长尾巴的古老形式到现代群体中高度先进的成员。这次灭绝的标志是岩石中的一条细线，其中充满了小行星运送到地球的稀有元素铱。在它上面，只有一种类型的鸟类化石再次被发现：现代谱系的成员。所有其他鸟类都消失了；永远不会有另一种鸟的下巴上有牙齿，手指上有镰刀爪，或者有长长的扫帚柄尾巴。世界各地都是如此。
唯一延续到古近纪的鸟类是所谓的冠群：现代谱系的成员，是鸟类家谱中至今仍然存在和扩展的部分。我们对鸟冠群创始成员的了解大部分来自最近发现的两块可追溯到白垩纪末期的化石。
第一个是Vegavis最初描述的是 20 世纪 90 年代从南极洲冰原中采摘的混凝土坚硬结核中嵌入的一堆骨头，去年，加利福尼亚州斯托克顿太平洋大学的克里斯托弗·托雷斯 (Christopher Torres)、德克萨斯大学奥斯汀分校的朱莉娅·克拉克 (Julia Clarke) 及其同事描述了一个保存得令人惊叹的头骨化石。第二个是Asteriornis- 绰号“神奇鸡” - 在比利时和荷兰边境附近的一个采石场开采的石灰岩块中发现，剑桥大学的 Daniel J. Field 及其团队于 2020 年对其进行了描述。它们都是鸭子和鸡家族的成员，因此牢牢地扎根于当今鸟类的家谱中。
Vegavis和Asteriornis是面对小行星的鸟类的象征。它们对于当时的鸟类来说体型较小，有喙而不是牙齿，生活在水里或水附近。它们经历了快节奏的生活，从幼体到成年只需要一年的时间，从它们的骨骼内没有任何年轮就可以看出。
许多鸟类也被小行星的火焰和愤怒扑灭。为什么只有少数人幸存下来？
Vegavis,从更完整的化石中可以看出，它也是一种强大的飞行者，拥有大翅膀和强大的胸部肌肉。人们在它的胸部发现了一个石化的鸣管，即鸟类的发声器官，这表明它可能会鸣叫、嘎嘎叫，并发出其他复杂的声音。白垩纪时期的南极洲比现在温暖，但仍然，Vegavis显然是一种强壮的鸟，能够忍受高纬度地区的黑暗冬天。因此，从很多方面来说，第一批冠群鸟类都很特别——它们的独特性可能是它们坚韧的源泉。
瓦快速生长的带喙水鸟能够反抗小行星，是否有具体原因？多伦多大学的菲尔德、德里克·拉尔森及其同事最近的研究表明，有两个因素至关重要：栖息地和饮食。你居住的地方和你吃的东西可能决定了你在白垩纪末期的命运。冠组鸽子拥有获胜组合。
我们首先考虑栖息地。小行星的影响遍及地球的各个角落，但没有比森林更糟糕的环境了。他们首先受到撞击区附近的冲击波的袭击，然后在接下来的几天和几周内在全球范围内受到火灾和酸雨的袭击。任何在袭击中幸存下来的树木都会慢慢缺乏进行光合作用所需的阳光。化石记录中保存的真菌瘟疫标志着森林的大规模死亡。一旦阳光恢复，它们可能需要数百年的时间才能重新长出来。
所有经常光顾树木的动物都会遇到麻烦——它们的庇护所、筑巢地和食物来源都会消失。许多白垩纪鸟类，尤其是古老的长尾鸟类，都是树上生活的专家。但不是Vegavis,Asteriornis，以及其他早期冠群鸟类，生活在水周围和地面上。他们的家园会受到损害，但不会被摧毁。
现在开始节食。当漫长的冬季到来时，建立在光合作用植物基础上的生态系统崩溃了。当植物死了，食草动物就没有食物了，所以它们也死了。然后肉食者屈服了，损失沿着食物链向上传递，直到整个网络崩溃。但对于那些能够利用它的人来说，仍然可以使用一种植物资源：种子。
大多数植物很快就会死亡，而吃叶子、茎、芽、果实或正在生长的植物的其他部分的动物则不走运。种子则不然。正如我们在现代灾难中看到的那样，种子可以在土壤中存活数十年，并允许生态系统在火灾或火山喷发后恢复。由于冠类鸟类拥有锋利的、可移动的胡桃夹喙，它们能够利用种子作为食物，而大多数其他动物——包括古老的齿鸟——则不能。
当你把所有这些加在一起时，白垩纪末期的生存意味着赢得一场疯狂的扑克游戏。每个物种都坐在这张众所周知的桌子旁，手里拿着一手牌：它们住在哪里，吃什么，如何生长和行为。但牌组被冻结了——他们无法抽出任何新牌，因为没有时间适应通常的自然选择过程，以及影响几代人成功的基因。
相反，游戏规则简单却残酷：灾难发生时你握着哪只手？如果你生长缓慢，无法挖洞或庇护，住在树上或必须吃大量食物（尤其是植物），那么游戏就结束了。非鸟类恐龙，包括大多数有羽毛的恐龙，尽管在过去的 1.5 亿年中占据了绝对的统治地位，但还是发现自己陷入了这种境地。许多真正的振翅飞翔的鸟类也是如此。
但如果你成长得很快，可以躲避或飞离危险，生活在地面或水中，并且可以吃种子，那么任何这些资产都会是有益的，并提高你在牌桌上的胜算。如果你持有all那些卡？你有皇家同花顺。冠群鸟类恰好握住了这只手，它们赢得了这场比赛，并因此获得了避免灭绝、重获新生并孕育出新的恐龙王朝的机会。
撞击发生后，一旦烟灰云散去，阳光照亮了枯萎的土地，愈合就可以开始。冬天让位于重生。种子长成树木，树木长成森林，森林长成复杂的生态系统。几千年内，地球再次充满生命。这个新世界充满了鸟鸣声。
在新墨西哥州，在那些充满恐龙骨头的白垩纪岩石上方，是来自随后的古近纪的泥岩，形成于河岸和丛林沼泽中。这些古近纪地层也充满了化石——不是霸王龙的匕首牙齿和蜥脚类恐龙的巨大脊椎，而是哺乳动物的下巴和牙齿。当小行星撞击时，我们毛茸茸的祖先握着自己的胜利牌：它们是微小的穴居动物，能够快速生长，几乎可以吃任何东西。
在耐心地在阴影中等待时机、在恐龙脚下生活了 1.5 亿年之后，哺乳动物突然有了机会。小行星撞击地球一百万年后，出现了牛大小的哺乳动物，这些新兴物种争先恐后地填补了死去的恐龙所腾出的生态位。但他们并不孤单。
白垩纪末期的生存意味着赢得一场疯狂的扑克游戏。
每年春天，我都会冒险进入新墨西哥州的荒地，多年来，我已经发展出一双发现古近纪哺乳动物牙齿的眼睛。但无论我发现了多少，我收集的数量从未超过我的朋友托马斯·威廉姆森（Thomas Williamson）的收藏量，他是新墨西哥州自然历史与科学博物馆最近退休的馆长。威廉姆森是研究这些取代恐龙的哺乳动物的世界专家，这一荣誉是他几十年来眼睛盯着地面艰苦徒步穿越沙漠而获得的。他非常着迷，以至于在他们还小的时候，他会带着双胞胎男孩瑞安和泰勒深入荒地，一边照顾孩子，一边寻找化石。他训练他们就像他后来训练我一样。
在双胞胎 10 岁时，有一次全家出游，泰勒在经过数小时毫无结果的寻找后感到无聊。他独自一人出去寻找响尾蛇。由于运气不佳，他停下来上厕所。就在那时，他被一堆化石绊倒了——无数形状和大小各异的骨头从沙漠地面上露出来。他庆祝的尖叫声在空旷的峡谷中回响，最终传到了他的父亲那里。
威廉姆森后来带着铲子回来收集一袋袋岩石，他在博物馆通过筛子，挑选出每一个化石。这些骨头中有一些不寻常的骨头，薄如纸，内部空心。其中一个看起来像是粉碎在一起的尾骨残骸，其他则包含手和手腕的融合块。这些不是哺乳动物的骨头；而是哺乳动物的骨头。它们属于一只鸟。
威廉姆森和他的两位同事，康涅狄格州格林威治布鲁斯博物馆的丹尼尔·克塞普卡（Daniel Ksepka）和德克萨斯州奥斯汀学院的托马斯·斯蒂德姆（Thomas Stidham）给这只鸟起了一个名字：Tsidiiyazhi abini。它在纳瓦霍语中的意思是“晨起的小鸟”，这是对那些几个世纪以来一直把这个由古近纪丛林变成沙漠的地区称为家园的人致敬。它生活在小行星撞击后仅几百万年，是一种微小的栖息鸟类，是一种虎皮鹦鹉大小的物种，在森林重新生长后又回到了树上。它非常适合树冠，以至于它可以向后旋转两个脚趾来抓住树枝，这种不寻常的能力暴露了它的身份：它是一只鼠鸟。鼠鸟属于鸟冠类，其中六种至今仍生活在撒哈拉以南非洲地区。
在小行星撞击几百万年后在新墨西哥州发现一只鼠鸟具有惊人的意义。鼷鸟深深地扎根于现代鸟类的家谱中，这意味着当鼷鸟出现时，它们的许多更原始的冠群近亲可能已经分支出来了。如果古近纪早期存在鼠鸟，那么一定也存在其他谱系的早期成员：火烈鸟和鸊鷉、鹰和鹰、鸽子和鸽子、猫头鹰等等。事实上，如果你检查当今鸟类的最新谱系——例如哥本哈根大学的约瑟芬·斯蒂勒（Josefin Stiller）和她的同事在 2024 年基于数百个物种的整个基因组提出的谱系——当代鸟类的许多主要类群都被认为是在白垩纪末期灭绝之后在一场蓬勃的进化爆发中起源的。
随着小行星出现在后视镜中，它们的恐龙表亲和祖先消失了，哺乳动物现在正在咬它们的翅膀，打败了白垩纪末小行星的鸟类可以自由地充满热情地实现多样化。他们尝试了新的飞行方式和饮食，扩展到未知的环境，并奠定了当今鸟类多样性的基础——超过 10,000 种鸟类，大约是哺乳动物数量的两倍。
到目前为止，这个故事主要是通过 DNA 和家谱来暗示的。除了泰勒以外Tsidiiyazhi和其他一些零碎的标本，我们还没有发现这些早期古近纪鸟类的化石。这样做将具有挑战性，因为这些鸟类又小又脆弱，可能不容易石化成石头。但如果这个理论是正确的，那么化石应该就在那里，隐藏在岩石中，等待新一代古生物学家（或他们的孩子）去发现它们。下次我和我的学生去新墨西哥州时我会去看看。