中生代鸟类的形态学与分类学、骨组织学和系统发育研究

Bird is the one of the most diverse clades of living vertebrates on the planet. The origin and early evolution of birds has been a topic of active research in paleontology and received great attention for a long time. The Early Cretaceous Jehol Biota in northeastern China yielded large amount of fossil birds, spanning the whole spectrum of Mesozoic birds. The nearly complete fossil birds have provided great opportunity to address questions such as morphology, ontogeny, ecology and phylogeny of early birds. Discussion of every aforementioned aspects of early avian evolution should and must be conducted with reference to a sound phylogeny. However, the numerous poorly diagnosed specimens and the rapid rate of discovery of new fossils make the phylogeny of Mesozoic birds controversial and thus require a comprehensive analysis. The present program perform anatomical research on newly discovered Early Cretaceous birds, taxonomical reappraisal of previously poorly diagnosed taxa, and finally conduct comprehensive phylogenetic analysis of Mesozoic birds. We utilize histological method to discuss ontogenetic development of different Mesozoic avian lineages. The present program would advance our knowledge about early avian evolution by providing critical information regarding morphology, ontogeny and phylogeny.

鸟类是现生脊椎动物里多样性最丰富的类群之一。有关鸟类的起源与早期演化的研究一直都是古生物学研究的热点，受到广泛关注。中国辽西早白垩世的热河生物群保存了大量完整的鸟类化石，涵盖了中生代鸟类的主要支系，为研究原始鸟类的形态、个体发育、生态和系统发育等内容提供了最为宝贵的资料。然而对上述问题的讨论，都需要建立在准确的系统发育框架之下。但是，已报道的属种中存在大量鉴定错误和分类位置不明的问题，同时随着新标本的发现，使得对中生代鸟类的系统发育关系的认识富有争议，因此对中生代鸟类谱系关系的系统研究显得尤为必要。本项目将对新发现的鸟类化石进行系统研究，对分类位置存疑的属种进行重新厘定，构建包含大量属种和形态特征的矩阵，对中生代鸟类进行系统发育的研究。利用骨组织研究方法，讨论中生代主要鸟类支系的个体发育模式的异同。从而为有关中生代鸟类早期演化的研究提供包括形态学，生态学和系统发育关系等方面的关键资料。

本项目研究的主要内容是鸟类的起源和早期演化，具体包括对已命名属种有效性的讨论，对新发现化石的研究，结合骨组织学和发育生物学讨论早期鸟类的个体发育问题，构建包含大量分类单元和解剖学特征的矩阵，对中生代鸟类进行系统发育关系的讨论。在项目执行的三年时间里取得了一些列重要发现，包括命名了10个中生代鸟类新属和新种，建立一个新的科级分类单元；在《Nature Communications》上，综合形态学、骨组织学和扫描电镜等方法研究了一件早白垩世反鸟类——多齿胫羽鸟。胫羽鸟具有和现代鸟类相似的犁状尾综骨，但却并不具有扇状的尾羽，这一发现挑战了长期占主流的认为扇状尾羽和犁状尾综骨协同演化的学术观点，提出尾综骨与尾羽在鸟类早期演化中独立演化的假设。在《PNAS》报道了最古老的具有完全愈合的腕掌骨和腰带的鸟类，提出原始鸟类腕部和腰带骨骼的愈合有可能反映了发育可塑性。在《Current Biology》上报道了世界上最古老的鸟类食团，提出现代鸟类消化系统的主要结构特——胃分化为腺胃和肌胃，消化道具有高效的逆向蠕动作用，通过食团的方式将难以消化的食物排出体外，在一亿多年前的原始鸟类就已经出现。在《Proceedings of the Royal Society B》上对中生代鸟类主要支系的起源和分异时间，演化速率进行了讨论，认为其各支系的演化速率是不均一的，该项工作是第一次对中生代鸟类形态特征演化模式进行的系统讨论。上述工作为讨论鸟类的早期演化提供了重要信息，为本人后续的研究奠定了基础。