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[科普文章]第一只鸟儿是怎么飞向蓝天的？
by 流浪的石头
人类进化史上有几个非常吸引人的不解之谜。一是为什么发明了轮子？二是既然轮子的效率那么高，人类的腿为什么没有进化成轮子？第三个问题就是人为什么没有学会飞翔？（翅膀比轮子的效率更高）
人没有进化出轮子，也没有进化出翅膀，但人类从关注自身的角度出发，开始对鸟儿感兴趣了。大家知道，鸟儿是地球上几乎是唯一的会飞翔的动物（昆虫和蝙蝠也会飞，但飞翔的路程和鸟儿根本不能比，不在一个数量级上）。
小学四年级的课本上有一篇文章，《飞向蓝天的恐龙》，我是看了这篇课文之后才想起写这篇文章的。
长期以来，鸟类飞行起源一直存在两大假说：鸟类飞行树栖起源说和鸟类飞行起源奔跑起源说。
最早流行的奔跑起源学说，这个符合我们绝大多数人的常识，比如，飞机就是现在地上飞速地奔跑，然后再从地上突然起飞的。很多大鸟的起飞过程也要有个奔跑的阶段。但第一只鸟儿是这样飞翔的吗？别忘了，那个最先的鸟儿（老祖宗）的翅膀可能发育得并不完全。
翅膀发育不完全的鸟儿如何飞行呢？我们可以看看蝙蝠。蝙蝠具有一对假翅膀，它是靠滑翔学会飞行的。所以，第一只鸟儿因为飞行结构发育不完善，借重力通过滑翔开始飞行更有可能。
那么，第一只鸟儿依靠滑翔飞行有没有证据呢？第一只鸟儿是由谁演变过来的呢？答案是恐龙。不管这个答案是否正确，至少研究这个理论的人已经得到了国际古生物界极大的关注，这个人就是中科院古生物研究所的徐星研究员，《飞向蓝天的恐龙》这篇文章就是他写的。
徐星，男，1969年7月生， 2002年获古脊椎动物与古人类研究所古脊椎动物学专业博士学位。1995年起留所从事研究工作，2001年在美国纽约自然博物馆从事短期研究工作。2003年起任古脊椎动物与古人类研究所研究员。主要从事中生代恐龙化石及相关地层学的研究工作。他首次报道了可能具有树栖特性的兽脚类恐龙，提出了在向鸟类演化的过程中，兽脚类恐龙经历了一个生态转化的假说。他首次报道了具有初步飞行能力的兽脚类恐龙，提出恐龙可能经历了一个四翼阶段，为鸟类飞行树栖滑翔起源说提供了第一份坚实的证据。
他近年承担了国家自然科学基金委员会、美国国家科学基金会和国家地理学会科研项目多项。发表学术论文40余篇（11篇发表于英国《Nature》，SCI刊物引用率344次）。 2001年，入选美国国家地理学会丰田计划，成为全球11位入选科学家之一。
2000年后，人们在辽西地区陆续发现了很多带羽毛的奔龙类化石，这些化石从形态上看很可能是赵氏小盗龙或者类似的物种。2002年，美国纽约自然历史博物馆的诺雷尔博士和他的中国同行以及另外一个中美联军研究小组对其中的一些化石进行了研究。他们发现这些类似赵氏小盗龙的奔龙类发育有和现代鸟类一样的羽毛，一些羽毛左右两侧的羽片不对称，一些很长的羽毛长在后肢上。这些新发现促进了人们对于恐龙向鸟类转化过程的理解。
2001年和2002年，徐星对同类型的标本进行了更加深入的研究，研究工作揭示了一个恐龙演化过程中完全未知的阶段，而这一阶段恰恰可能是鸟类飞行起源的一个关键性阶段；新标本证实了徐星以前对赵氏小盗龙所做的推测：恐龙世界中存在树栖恐龙，鸟类的飞行始于树栖生活。
在这些标本当中，徐星不仅观察到了前人观察到的一些现象，比如这些恐龙的皮肤结构不仅具有现生鸟类羽毛的形态，甚至还显示了空气动力学特征；更为重要的是，徐星注意到发育在这些恐龙后肢上的羽毛形态和分布与鸟类翅膀上的羽毛惊人地相似。由此徐星推论，这些恐龙长着四个翅膀，不仅前肢羽化为翼，而且后肢也羽化为翼；这些恐龙生活在树上，可能借助四个翅膀进行滑翔；鸟类的祖先很可能借助重力，在经历一个滑翔阶段之后才产生强大的主动飞行能力。
徐星的研究成果发表之后在国际古生物学界引起了很大反响。英国里兹大学的进化生物学家瑞讷博士称四翼恐龙是始祖鸟之后在鸟类演化研究领域最重要的发现；美国芝加哥大学的古生物学家塞雷诺博士称之为“一篇具有里程碑意义的论文”。但是并非所有的学者都同意徐星的结论，许多问题尚存争议或者有待解决。
有人提出，顾氏小盗龙的后肢是否能够形成翅膀?后肢的羽毛是否可能用于展示，吸引配偶或者恐吓敌人?徐星提供的证据显示，后肢羽毛的空气动力学特征非常明显：羽轴两侧的羽片不对称，而不对称程度和鸟类翅膀一样，越靠近远端越明显；羽毛的着生方式和长度变化与鸟类翅膀也一样。
羽轴两侧的羽片不对称是鸟类飞行能力的一个很好的指示标志。著名鸟类学家美国学者费多西亚和他的同事发现，鸟类的飞行能力越强，其翅膀上飞羽羽轴两侧的羽片宽度差异越大；失去飞行能力的鸟类，其飞羽的羽片显得相对均称。因此，顾氏小盗龙的这些羽毛特征表明后肢羽化为翼的可信度是很高的。
还有学者提出，后翼的姿态和已知恐龙的骨骼结构似乎矛盾，如何解决?四翼代表一个演化的旁支还是鸟类演化的必经阶段?徐星在进行相关工作的时候对这些问题曾做过探讨，已经有了一些线索和思路。这些问题的解决将彻底消除人们的疑虑，为鸟类飞行起源树栖滑翔说提供最终的判定意见。有关顾氏小盗龙的深入研究正在继续，我们相信在不远的将来会对这些问题做出很好的回答。
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3月3日，中科院动物研究所研究员詹祥江实验室在《Nature》（自然）在线发表关于鸟类迁徙的研究论文。团队通过整合多年卫星追踪数据和种群基因组信息，建立了一套北极游隼迁徙系统，揭秘其迁徙路线的主要形成原因和长距离迁徙关键基因。
北极游隼卫星追踪和迁徙系统 中科院动物研究所供图
世界上每年有数十亿只候鸟在繁殖地和越冬地之间迁徙，迁徙路线几乎遍布全球。候鸟的迁徙路线如何进化而成？当前如何维持？在未来气候变化下可能有何改变？不同的迁徙策略是否有其遗传基础？这些问题是鸟类学和行为学关注的重要科学问题。詹祥江实验室和国内外多家研究机构合作，历时6年，在北极圈自西向东的主要繁殖地为56只游隼佩戴卫星追踪器，构建出一套北极游隼迁徙系统。卫星追踪发现，这些北极游隼主要使用5条迁徙路线，在种群和个体水平上具有非常高的迁徙连接度和重复性。同时这些种群的迁徙距离显著不同：西部两群短距离迁徙（平均3600公里），东部四群长距离迁徙（平均6400公里）。
种群动态推断及潜在繁殖、越冬地重建结果显示，在末次冰盛期到全新世的转换过程中，因冰川消退而带动的繁殖地向北退缩以及越冬地变迁，可能是游隼迁徙路线形成的主要 历史 原因。对于当前的迁徙路线，研究发现不同路线之间的环境异质性很强，环境巨变区域与迁徙路线边界高度吻合，且路线之间的差异与选择性遗传分化的相关程度明显大于中性遗传分化，从而说明环境的差异及相关的本地适应在维持当前迁徙路线中发挥重要作用。
通过对长短迁徙种群基因组的对比分析，研究首次发现了一个和记忆能力相关的基因ADCY8在长距离迁徙种群中受到了正选择，实验证明长、短迁徙种群主要基因型存在功能差异，揭示了长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。研究通过模拟预测，在未来全球变暖日益严重的情境下，亚欧大陆西部的北极游隼种群可能会面对两方面的威胁，即迁徙策略的改变和主要繁殖地的退缩。
编辑/高艳
您好，王老师给您解释下这个问题：
鸟类是怎样演化来的? 这是科学上的一个难题。因为鸟类的骨骼脆弱，又是在天空飞的，形成化石的机会很少，所以关于鸟类起源的化石资料也不多。目前，世界上只发现5例原始鸟类的化石。这5例原始鸟类化石都是在德国的巴伐利亚州的石灰岩层中发现的,距现在已有1.5亿年了，这些化石被证明为始祖鸟。这些化石上有清晰的羽毛印痕，而且分为初级和次级飞羽，还有尾羽。它的前肢特化成飞行的翅膀，后足有4个趾，三前一后；锁骨愈合成叉骨，耻骨向后伸长。这些特 征都与现代鸟类相似。但奇怪的是，它的嘴里长着牙齿，翅膀尖上长着三个指爪；掌骨和跖骨都是分离的，还有一条由许多节分离的尾椎骨构成的长尾巴，这些特点又和爬行类极为相似。经研究证明，它是爬行类向鸟类过渡的中间阶段的代表，所以被称为"始祖鸟"。据测定，始祖鸟最小飞行速度是每秒7.6米，它可以鼓翼飞行,但不能 持久。始祖鸟是怎样从地栖生活转变为飞翔生活的呢?关于这个问题,有两种说法。一种认为，原始鸟类在树上攀缘，逐渐过渡到短距离滑翔，进一步变为飞翔。另一种认为，原始鸟类是双足奔跑动物，靠前肢网捕小型动物为食，前肢在助跑过程中发展成翅膀。始祖鸟虽然仅仅发现在化石里，但它为鸟类的起源提供了证据，被认作鸟类的祖先。 鸟类飞行起源的争议由来已久 中科院古脊椎动物与古人类研究所周忠和研究员介绍说，有关鸟类飞行的起源，学术界一直存在两种对立的假说。一种是地栖起源说，另一种为树栖起源说。前者认为，鸟类的飞翔是由它们的祖先恐龙在奔跑、跳跃的过程中逐渐升腾起飞成功的。而后一种假说则认为，鸟类最初的飞行是通过借助树木的高度，先进行滑翔，后逐渐发展产生特有的振翅飞翔的本领的。 鸟类飞行的两种起源假说都承认鸟类的祖先具有长长的尾巴，但功能不大相同。地栖起源假说认为：它们在奔跑中扇动前肢以增加后肢在地面奔跑的速度，在这一过程中它们身体上的鳞片逐步增大伸长，在奔跑、跳跃的过程中，鳞片最终发展成羽毛，鸟类的祖先也最终能够由地面升腾上天。在鸟类飞行地栖说中始祖鸟一直是很重要的证据，持此观点的学者认为始祖鸟是在地面奔跑的动物。 而树栖起源说则认为，鸟类的祖先是个体较小的动物，它们最初由地面爬到树上，可能是为了顾全自身安全。鸟类的祖先先是爬树，栖息于树上，然后便开始在树间进行跳跃，在这些活动过程中，鸟类的祖先便逐步地压扁身体，增加身体的表面积，羽毛逐渐扩大，从而学会滑翔，最终具有了特有的振翅飞行能力。 总的来说，鸟类飞行树栖起源说认为早期鸟类是树间的跳跃和滑翔来学会飞行的。鸟类飞行地栖起源说，则认为鸟类的恐龙祖先都是地栖生活的，而且是快速奔跑的动物，它们是在快速奔跑中逐渐腾空而起的。 中国发现鸟类飞行起源树栖说的新证据 在辽宁省北票市发现的孔子鸟、辽宁鸟和始反鸟等中生代鸟类化石，为鸟类的树栖说提供了新的证据。由于这些鸟类生活的年代上比始祖鸟稍晚，而特征又很原始，因此对它们生活习性的研究，会有助于了解鸟类最早祖先的生活特征。 周忠和说，孔子鸟可能是原始性仅次于始祖鸟的鸟类，是最早的有角质喙的鸟类。研究表明它主要是生活在树上的。这一方面的证据主要有：首先，它具有大而弯曲的脚爪，脚爪较扁，横切面形态和现代树栖鸟类相似，而不同于地栖类；第二，孔子鸟的脚趾节的比例也更接近树栖鸟类，而明显不同于地栖鸟类，换句话说，陆生鸟类近端的趾节较长，而树栖的鸟类则具有相对较长的远端趾节，对数百个现生和已灭绝鸟类脚趾长度的统计分析，支持孔子鸟的树栖生活的结论；第三，前肢上尚保留三个指爪，并且大而弯曲。较进步的鸟类，如华夏鸟和中国鸟，只保留两个指爪，分布在第1、2指上。一些现生鸟类，比如爱青鸟，幼年时也有两个指爪，并且也分布在第1、2指上。周忠和认为早期鸟类保留的指爪可能和爱青鸟等一样，是为了适应抓住树木的需要，而且前肢趾节的比例也表明，它可能具有辅助攀缘的功能。此外，孔子鸟后肢的比例也和树栖鸟类比较接近，较长的尾综骨也是这一古鸟借助尾羽攀缘树木的另一证据。 早期鸟类能否直接从地面起飞 现代的很多鸟都能直接从地面凌空而起，早期的鸟类是否也具有这种能力呢？周忠和说，始祖鸟的胸腔较小，尚未发育龙骨突，孔子鸟的龙骨突也只是初步发育，这两种鸟类的乌喙骨还都不是很长的，由于与鸟类起飞关系最密切的飞行肌肉上的乌喙肌主要附着在龙骨突和乌喙骨上，因此，可以推测这一肌肉在最原始的鸟类中尚不很发育。在现代鸟类中，上乌喙肌穿过一个由肩胛骨、乌喙骨和叉骨组成的三骨孔，在飞行中负责提升翅膀，其活动机理如同一个滑轮。很显然，始祖鸟和孔子鸟都不具备这个“滑轮”，它们并不具有从地面直接起飞的本领，因此它们只能从有一定高度的树上借助重力起飞在树木之间飞来飞去。中国鸟和华夏鸟等时代稍晚，但形态比较进步的鸟类与始祖鸟和孔子鸟等个体相比个体较小，并且发育了进步的小翼羽。这一结构在鸟类起飞和着地时的作用最大，但显然还没有在始祖鸟和孔子鸟中出现，这进一步说明，从地面直接起飞的能力在最早的鸟类中并不存在，而很可能是在较进步的鸟类中才开始出现。所以在中生代要想看到鸟儿冲天而起的一幕是不可能的。
鸟，字典解释：脊椎动物的一类，温血卵生，用肺呼吸，几乎全身有羽毛，后肢能行走，前肢变为翅，大多数能飞。在动物学中，鸟的主要特征是：身体呈流线型（纺锤型），大多数飞翔生活。体表被覆羽毛，一般前肢变成翼（有的种类翼退化）；胸肌发达；直肠短，食量大消化快，即消化系统发达，有助于减轻体重，利于飞行；心脏有两心房和两心室，心搏次数快。体温恒定。呼吸器官除具肺外，还有由肺壁凸出而形成的气囊，用来帮助肺进行双重呼吸。
大多数鸟类都会飞行，少数平胸类鸟不会飞，特别是生活在岛上的鸟，基本上也失去了飞行的能力。不能飞的鸟包括企鹅、鸵鸟、几维(一种新西兰产的无翼鸟)、以及绝种的渡渡鸟。 当人类或其他的哺乳动物侵入到他们的栖息地时，这些不能飞的鸟类将更容易遭受灭绝，例如大的海雀，和新西兰的恐鸟。 鸟类种类很多,在脊椎动物中仅次于鱼类.目前全世界为人所知的鸟类一共有9,000多种，光中国就记录有1,300多种，其中不乏中国特有鸟种（参见中国特有鸟种列表）。大约有120~130种鸟已绝种，与其他陆生脊椎动物相比，鸟是一个拥有很多独特生理特点的种类。这些鸟在体积、形状、颜色以及生活习性等方面，都存在着很大的差异。在这么多的鸟类中，最大的要数鸵鸟，它是鸟中的"巨人"。非洲鸵鸟体高2.75米，最重的可达165.5千克。 最小的是南美洲的蜂鸟，体长只有50毫米，体重也就同一枚硬币一样重。鸟能飞翔，但并不是所有的鸟都可以飞起来。比如鸵鸟双翅已退化，胸骨小而扁平，没有龙骨突起，不能飞翔。企鹅是退化了的海鸟，双翅变成鳍状，失去了飞翔能力。有的鸟虽然可以飞行但飞行的距离不是特别远，
鸟的图片(11张)如家鸡由于双翅短小，不能高飞，但至少可以飞几十米远；而家鸭彻底失去了飞行的能力。在会飞的鸟中，飞行最高的要算秃鹫了，飞行高度可在9000米以上。飞行最快的是苍鹰，短距离飞行最快时速可达600多千米。飞行距离最长的则是燕鸥，可从南极飞到遥远的北极，行程约1.76万千米。鸟类新陈代谢旺盛，消化力强，所以鸟类的食量相当大，例如蜂鸟一天吸食的花蜜量等于体重的一倍。一些小型鸟类每天的食物量相当于体重的10%～30%。大多数鸟类是杂食的，并不太挑挑拣拣。每年春天和秋天，鸟类都成群结队，遮天蔽日地在天空中飞行，这种在不同季节要更换栖息地区，或是从营巢地移至越冬地，或是从越冬地返回营巢地的季节性现象称为鸟类迁徙。每年大地回春，鸟类就开始进行求爱、生殖、营巢、孵卵和育雏等一连串的活动。
