一项发表在《Current Biology》杂志上的最新研究揭示，在6600万年前的恐龙粪便化石中发现的羽毛，可能为我们解答一个古生物学上的重大谜团：为何部分鸟类能在小行星撞击引发的大灭绝中幸存下来。

“这是一根如此美丽、保存完好的羽毛，来自如此意想不到的来源，令人兴奋的是，它可能帮助我们回答古生物学中的这个巨大问题。”该论文的主要作者、芝加哥菲尔德博物馆化石爬行动物副馆长Jingmai O'Connor表示。

鸟类大灭绝幸存之谜

鸟类是恐龙家族树中高度特化的一个分支，其历史可追溯到中生代。已知最古老的鸟类——始祖鸟，生活在大约1.5亿年前。此后，鸟类与其他恐龙共同演化了近1亿年。

这种漫长的共存关系在6600万年前发生了剧变，一颗小行星撞击地球，引发了全球性的大规模灭绝事件。几乎所有恐龙谱系都消失了，包括大多数类型的鸟类。然而，一个名为新鸟类（Neornithes）的分支幸存下来，并最终演化出今天地球上所有现存的鸟类物种。

新鸟类为何能在其他鸟类和恐龙灭绝时幸存下来，一直是古生物学中一个悬而未决的难题。O'Connor多年来一直致力于研究化石鸟类以寻找解释。而这项研究，却将她带入了一个不寻常的领域：保存在化石粪便（即粪石，coprolites）中的羽毛。

O'Connor说：“据我所知，以前没有人想过在粪石中寻找或研究羽毛，所以这个项目真的非常令人兴奋。”

蒙大拿州发现的微小羽毛

这个珍贵的标本由论文合著者、华盛顿大学伯克博物馆研究科学家兼地狱溪项目（Hell Creek Project）藏品经理David DeMar, Jr.于2016年在蒙大拿州东北部野外考察时发现。当时，一块不寻常的岩石引起了他的注意。

DeMar回忆道：“我当时正爬上一处岩石露头收集鱼类化石，突然看到一块深红棕色的结核，大约高尔夫球的一半大小。我把它捡起来，用手持放大镜扫描表面，那一刻我简直不敢相信自己的眼睛——一根微小的化石羽毛。我对这一发现持谨慎乐观态度，因为即使经过150多年的勘探，地狱溪组（Hell Creek Formation）中也从未发现过羽毛。”

研究人员随后在实验室分析了化石的矿物成分，并使用CT成像技术观察其内部隐藏的结构。CT扫描能够将数千张X射线图像组合成物体内部的详细数字视图，而无需破坏标本。

论文合著者、蒙大拿州埃卡拉卡卡特县博物馆的古生物学家Nate Carroll表示：“尽管其保存状况比我为论文研究的许多缅甸琥珀中的羽毛要好，但这块羽毛是在一块岩石中——而且是一块相当不起眼的岩石。我怀疑它可能是一块粪石，但直到我们在南加州大学医学院的微型CT扫描仪中对其进行扫描，这块化石粪便的完整羽毛结构才变得清晰可见。每小时处理数据都会揭示出另一根羽毛、另一片鳞片、另一块骨头——以令人惊叹的3D形式呈现。对于一个一直依赖遥远的琥珀矿作为3D羽毛数据主要来源的人来说，意识到我家乡的化石粪便能产出如此非凡的标本，简直是颠覆性的。”

古代潜水鸟的最终命运

在粪石内部，科学家们识别出几根羽毛、来自一条雀鳝的微小鳞片以及属于黄昏鸟形目（hesperornithiform）鸟类的腿骨。由于羽毛和鸟骨同时出现，研究人员推断这些羽毛很可能来自同一只鸟。

O'Connor解释说：“黄昏鸟形目是水生鸟类，生态上类似于潜鸟。大多数不能飞行，而是利用其特化的脚潜入水中捕食鱼类等。这些羽毛显示出与现生水生鸟类相似的水下适应性。”

黄昏鸟形目是新鸟类（在白垩纪末大灭绝中幸存并最终演化出现代鸟类的分支）的近亲。但黄昏鸟形目属于一个独立的谱系，并与其他大多数鸟类一同灭绝了。

O'Connor说：“白垩纪最常见的鸟类属于一个名为反鸟类（enantiornithines）的群体。现代新鸟类分支与该群体是分开的，黄昏鸟形目也是如此。”

仅靠水生环境不足以解释鸟类幸存

一种假说认为，新鸟类之所以幸存，是因为许多生活在水生环境中，那里的条件可能为它们提供了某种程度的保护，使其免受小行星撞击后破坏的影响。

然而，黄昏鸟形目化石的发现使这一观点复杂化。这些鸟类也生活在水域中或水域附近，但它们的谱系仍然灭绝了。这表明，单纯的栖息地并不能完全解释新鸟类为何幸存。

O'Connor怀疑，另一个关键差异可能在于它们的羽毛以及羽毛的更换方式。

她说：“我们认为这些鸟类所拥有的羽毛类型，和/或它们换羽的方式，可能是白垩纪末期大灭绝选择性背后的潜在原因之一——本质上，就是为什么有些鸟类灭绝了，而有些鸟类幸存下来。”

原始羽毛与致命的“撞击冬天”

粪石中发现的羽毛是首次从黄昏鸟形目鸟类身上识别出来的。它们的结构似乎介于反鸟类和现代鸟类的羽被之间。

O'Connor说：“这些潜水鸟的一些羽毛看起来是现代的、防水的，但它们也有一些更小、绒毛状的原始体羽，这些羽毛我们通常与恐龙和反鸟类联系在一起。”

体羽在保持鸟类温暖方面起着重要作用。如果黄昏鸟形目和反鸟类的羽被捕获热量的效率低于新鸟类的羽毛，那么这种差异在小行星撞击后可能会变得至关重要。

据认为，小行星撞击将大量的灰尘和碎片抛入大气层，减少了阳光，导致了一个被称为“撞击冬天”（impact winter）的剧烈降温时期。拥有更好绝缘能力的鸟类可能更能适应这些恶劣条件。

由于黄昏鸟形目既不属于新鸟类也不属于反鸟类，它们新发现的羽毛为灭绝之谜提供了又一块拼图。

O'Connor指出：“黄昏鸟形目保留了原始的羽毛类型，这些羽毛可能不像现代绒羽那样高效绝缘，这或许可以解释它们为何与反鸟类一同灭绝。”

捕食者与猎物的罕见一瞥

华盛顿大学教授、伯克博物馆脊椎动物古生物学策展人、该研究的合著者Greg Wilson Mantilla表示，这项发现尤其宝贵，因为鸟类化石及其羽毛都极为罕见。

“我们很少发现鸟类化石，更罕见的是它们的羽毛，这为我们提供了对其生物学这一关键方面演化的重要见解。最重要的是，这些在大型恐龙粪便化石中发现的鸟类羽毛，为我们提供了了解6600万年前捕食者-猎物互动的一个不可思议的窗口。”

因此，这个标本不仅捕捉了羽毛的演化，还保留了古代食物网的证据，揭示了在恐龙时代结束前，一只大型恐龙曾捕食了什么。

化石粪便开启通往过去的新窗口

对O'Connor来说，这项研究也展示了古生物学多么像侦探工作。团队不得不从一块粪石中保存的微小碎片中重建整个故事，而不是从一个几乎完整的化石骨架入手。

O'Connor说：“我通常研究保存在大石板中的化石，整个骨架甚至软组织都保存完好——这让我工作起来很轻松。但在这个项目中，我们只有这块粪石及其内容物可供研究，这让我感觉像个侦探，将所有这些小线索拼凑起来。而且，由于以前没有人研究过粪石中的羽毛，这开辟了一个全新的研究途径。我们之所以能发现这块，是因为它恰好裂开，羽毛暴露在外——这简直是幸运的突破。我希望更多科学家开始对粪石进行CT扫描，并仔细观察它们，看看里面可能有什么。”

这项发现表明，博物馆中储存的或尚待发现的其他化石粪便可能包含同样精细但未被注意到的遗骸。对这些标本进行CT扫描，可能为研究人员提供一种新的方式来研究羽毛、饮食、捕食者关系以及史前生态系统的其他细节。