徐星：首次揭示早期羽毛发育现象
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实习记者 胡珉琦
在过去的 100多年中，羽毛的起源一直是生物学中的一个不解之谜。两年半前，中科院古脊椎动物与古人类研究所徐星等人，通过对我国辽西恐龙化石上保存的多种羽毛形态的分析，发现过去依据现代羽毛发育资料建立的羽毛演化模型，并不能完全解释发现于恐龙和早期鸟类化石上的复杂多样的羽毛形态，其中一些羽毛形态和现代羽毛存在着明显的差别。
近日，这一首次揭示早期羽毛发育现象的研究成果，发表在了国际权威期刊英国《自然》杂志上。
《北京科技报》：羽毛究竟是怎么产生的呢？
徐星：羽毛的起源和演化一直是进化生物学上的一个难题。主流学派认为，所有羽毛都是从羽囊发育而来的。我们推测，最早的羽毛可能是单根的丝状结构，就像人类头发的形态一样，相当于羽枝。然后，羽枝开始分叉，形成了一簇丝状结构。再往后，有的羽枝融和到一起变成了羽轴，也就是典型的羽毛中间又粗又硬的部分，有的羽枝关联到一起成了羽轴两侧的羽片。随着羽毛的进一步细化，各种复杂的形态也陆续出现。
但是，这套羽毛演化的模型主要是基于研究现代鸟类羽毛的发育过程而得出的。1996年，我们在辽西地区发现了许多带羽毛的恐龙化石，这意味着羽毛的主要特征在鸟类起源以前就已经进化产生了。
尽管这些化石证明了早期羽毛的发育和现代鸟类羽毛发育的几个阶段基本吻合，但由于带羽毛的化石数量有限，没办法完整地观察动态变化的过程，因此，对于早期羽毛的发育研究一直是个空白。
《北京科技报》：在这些带羽毛的恐龙化石标本上发现了哪些独特的地方？
徐星：这一次，我们找到了两件似尾羽龙在不同发育阶段的化石标本，其中，大的个体的飞羽和尾羽，跟现代鸟类是一模一样的，属于典型的正羽形态。但在小的个，相当于人类1岁至2岁的幼年似尾羽龙上，我们发现了一些很有意思的现象。它的飞羽和尾羽属于一种近端带状正羽，这种羽毛的下半段像一片扁平的鳞片，上半段则跟现代羽毛一样。这表明，似尾羽龙的羽毛在早期发育阶段跟现代鸟类是不一样的，到了晚期才趋于一致。
此外，我们还在另两件化石标本上观察到了一种很特别的羽毛。它是一种加长的单根宽丝状的羽毛，就像极端加长的鳞片一样，这在现代鸟类中从未被发现过。
主流的羽毛演化模型假设早期羽毛和现代羽毛的发育机制和过程是完全一致的，而我们这次的发现则说明了完全依据现代羽毛发育资料建立的羽毛演化模型是需要修订的。
《北京科技报》：为什么早期羽毛形态和现代羽毛会存在这样的差别？
徐星：一些分子生物学和发育学专家在研究羽毛发育过程中发现，只要调控一些基因，羽毛的形态就可能发生变化。尽管目前我们还没有确切的证据，但在羽枝、羽轴的形成过程中确实存在几个重要基因，比如Shh 、Bmp和Noggin。如果抑制Shh基因的表达，就能够抑制羽枝的形成，在羽轴两侧会形成膜状羽片。
因此，我们猜测，以上两种形态的产生都是由于恐龙或者原始鸟类跟现代鸟类一些基因表达在时空分布上存在差异而导致的。
《北京科技报》：这是否意味着早期羽毛发育的某些形态在现代鸟类中已经彻底消失了？
徐星：确实是。在羽毛漫长的演化过程中有一些有意思的形态逐渐消失了，尤其是早期一些实验性的产品都不见了，这是因为控制这些形态发育的模式已经消失了。如今，我们看到羽毛发育过程是相对稳定的、一致的、保守的。
