哈密翼龙场景复原图。（绘图:赵闯）

哈密翼龙胚胎出壳复原图。（绘图:赵闯）

置身于新疆哈密魔鬼城,来访者很难想象,他们脚下一望无际的大漠、戈壁以及雅丹,在亿万年前却是湖泊河流,而湖岸边生活的,是那个时代统治天空的霸主——翼龙。在21世纪的今天,一块穿越一亿二千万年的化石标本现身中国,讲述了这一切。

12月1日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院大学汪筱林研究员在新疆哈密宣布,由他率领的科研团队经过10余年连续的野外科考,在新疆哈密戈壁下白垩纪地层中发现并抢救性采集了这块令人惊喜的化石标本,标本上有215枚翼龙蛋,其中16枚翼龙蛋含有三维立体(3D)的胚胎化石。

这是人类首次发现3D翼龙胚胎,也是汪筱林团队继2014年在哈密戈壁发现大量雌雄哈密翼龙和世界上首枚三维立体保存的翼龙蛋之后,又一个重要发现。12月1日,该成果发表在国际期刊《科学》杂志上。

翼龙,就是人们熟知的“会飞的恐龙”,不过实际上它只是恐龙的近亲,也是地球上第一类飞向天空也是唯一绝灭的飞行脊椎动物。汪筱林告诉中国青年报·中青在线记者,因飞行需要,翼龙演化出“纤细中空”的骨骼,这种骨骼难以保存,因此全球范围内翼龙化石十分稀少,而翼龙蛋和胚胎化石更是罕见。

“翼龙研究200年来最令人激动的发现之一”

在哈密翼龙蛋发现之前,世界上仅有4枚二维压扁的翼龙蛋被报道,其中3枚来自我国辽西,一枚来自阿根廷。

汪筱林说,尽管有关翼龙蛋化石的研究已经取得了一定的进展,但由于化石发现很少,而且大部分是二维保存的,很多生物学问题如胚胎发育和生殖策略等很难被解释。

2014年,《细胞》(Cell)旗下的《现代生物学》(Current Biology)以封面文章报道了汪筱林团队在我国新疆哈密发现的三维立体保存的大量雌雄哈密翼龙个体及它们的5枚蛋化石,这也是世界上首次报道的三维立体保存的翼龙蛋,虽然这些翼龙蛋化石没有保存胚胎,却让研究者对翼龙蛋的蛋壳结构有了清晰的认识。

这些被认为是“翼龙研究200年来最令人激动的发现之一”,英国古生物学家还以“先有翼龙还是先有翼龙蛋”为题撰写了评论文章。

通过肉眼和显微镜观察,这些翼龙蛋表现出十分特别的现象,一方面翼龙蛋的表面具有各种各样的凹陷,是蛋壳的塑性变形,据此推测,翼龙蛋很可能是软壳的;另一方面,蛋壳表面又具有许多裂纹,是蛋壳的脆性破裂,据此推测,翼龙蛋应当是硬壳的。

汪筱林说,为了能够合理地解释这两个看似矛盾的结论,他们对其中一枚蛋化石进行扫描电镜观察和同位素质谱仪检测,发现了翼龙蛋结构的本来面目——翼龙蛋的最外层有一层薄的钙质层,而钙质层之内则是一层纤维状的壳膜层,这种双层结构与现生一些爬行动物的蛋,如锦蛇的“软壳蛋”极为相似。

如今,数百枚3D翼龙蛋和胚胎化石在哈密发现,首次证实翼龙具有群居的生活习性。汪筱林说,此次大量翼龙蛋、胚胎和头骨等骨骼化石的发现,显示哈密翼龙具有群居的生活习性,而且这里很可能是它繁殖产蛋地点之一。因此,发现地被形象地称作“翼龙伊甸园”。

首次揭示翼龙生长发育史:小时候“会走不会飞”

之前,由于翼龙蛋与胚胎研究材料少之又少,古生物学家对于翼龙的胚胎和生殖发育等方面的了解十分有限。如今通过对化石标本的CT扫描和三维重建,科学家发现了一个有趣的现象,即哈密翼龙胚胎的股骨已完全发育,具有与亚成年或成年个体一致的股骨头,以及明显收缩的股骨颈。

这意味着,哈密翼龙孵化后,很可能就具备了在陆地上行走的能力。同时,标本上,翼龙左右两侧的肱骨还没有发育完全,还不具有弯曲的三角肌脊,这一结构是翼龙附着与飞行相关胸肌的位置,这意味着,翼龙孵化后很可能还不具备飞行能力,只有行走能力。

汪筱林团队成员、中科院古脊椎动物与古人类研究所助理研究员蒋顺兴说,这就提出一种新的假说,即翼龙胚胎发育并不像之前认为的那么早熟,还需要成年翼龙的照顾。

如此丰富的翼龙蛋与骨骼化石的特异埋藏,在全世界也是独一无二的。这又是什么原因造成?

汪筱林及其团队发现,哈密翼龙蛋和骨骼化石主要产自于一套灰白色湖相砂岩中,这些泥质砾屑并非从盆地外搬运而来,而是来自盆地内源物质。

汪筱林团队成员、中科院古脊椎动物与古人类研究所博士生陈鹤说,化石富集层厚度都不大,所有化石毫无例外地富集在高能风暴沉积中,虽然分散保存,但每一块纤细中空的骨骼,几乎都是完整的,细长的头骨牙齿和薄薄的头饰,都与头骨或下颌关联且保存完好。

该团队据此认为,这些数量巨大的翼龙和翼龙蛋化石,很可能经历了多次湖泊风暴事件,这种高能的风暴经过翼龙的巢穴,将翼龙蛋及生活着的不同大小、不同性别的翼龙带入湖中岸边,经过短时间漂浮聚集后,与被撕裂分散的翼龙遗体一起被快速埋藏。如此,才有了今天挖出的“翼龙伊甸园”。