“摇晃的头骨”帮助了鸟类从恐龙祖先逐步进化

现代鸟类是恐龙现存的近亲。如果你观察不会飞的鸟类，比如用两条腿直立行走的鸡和鸵鸟，或者像鹰和隼这样拥有锋利爪子和敏锐视力的捕食者，你很难不注意到它们与小型兽脚类恐龙（比如因《侏罗纪公园》而出名的迅猛龙）的相似之处。

鸟类、爬行动物和恐龙头骨的比较。图片来源：Alec Wilken、Casey Holiday

尽管如此，鸟类与爬行动物祖先在几个关键方面仍存在差异。其中一个重大的进化转变是大脑的发育，这导致头骨大小和形状发生重大变化。3D 建模显示，随着鸟类大脑的增大，下颌肌肉和关节力学发生了变化，从而使现代鸟类能够形成更灵活、更高效的进食系统。

芝加哥大学和密苏里大学的新研究揭示了这些变化如何影响鸟类的移动和使用喙的方式，这些机械适应性帮助它们在多样化的环境中茁壮成长并进化成我们今天所见的各种各样的鸟类。

鸟类头骨动画，展示肌肉力量。图片来源：Alec Wilken、Casey Holiday“摇晃”头骨的好处

现代鸟类以及蛇类和鱼类等其他动物的头骨上颌骨和腭骨并不像哺乳动物、海龟或非鸟类恐龙那样坚硬且固定。芝加哥大学综合生物学研究生、新研究的主要作者亚历克·威尔肯 (Alec Wilken) 将这种灵活的头骨称为“不断摇摆”。他说，这种特性使得弄清楚各个部分如何协同工作变得更加困难。

“仅仅因为那里有一个关节，并不意味着你知道它是如何运动的，”威尔肯说。“所以，还必须考虑肌肉将如何拉动关节，它们有什么样的扭矩，以及头部的其他关节如何限制活动性。”

威尔肯于 2015 年加入该项目，当时他还是密苏里大学的一名本科生。密苏里大学病理学和解剖学副教授凯西·霍利迪博士获得了美国国家科学基金会 (NSF) 的资助，用于研究从恐龙到鸟类的转变过程中头骨、下颌肌肉和进食机制的变化，威尔肯也加入了他的实验室提供帮助。

兽脚类恐龙头骨动画，展示肌肉力量。图片来源：Alec Wilken、Casey Holiday

研究团队首先对现代鸟类和鳄鱼等相关爬行动物的各种化石和骨骼进行了 CT 扫描。然后，他们利用这些图像中的数据，构建了 3D 模型来计算头骨和颌骨的力学原理——肌肉的大小和位置、它们的运动以及它们如何相互配合的物理原理。

现代鸟类与其他动物之间的一个关键区别是它们具有所谓的“颅骨运动”：能够独立移动头骨的不同部分。这让鸟类拥有了进化优势，因为它们可以扩大上颚来吃不同种类的食物，或者将喙用作多功能工具。

“像这样能摆动的头部确实给它们带来了很多进化优势，”威尔肯说。例如，鹦鹉可以利用它们的喙来帮助攀爬；额外的扭矩可以帮助其他鸟类咬碎坚果和种子。“在某些方面，喙就像一只替代的手，但能够在进食时移动上颚也是帮助它们获取食物和生存的关键。”

当研究小组分析 3D 模型的数据时，他们发现，随着非鸟类兽脚类恐龙的大脑和头骨尺寸增大，肌肉会移动到不同的位置，从而使腭骨分离并变得灵活。这些变化反过来又增加了肌肉力量，为大多数现代鸟类的头部运动提供动力。

“我们看到了恐龙向鸟类转变过程中发生的一系列变化，”霍利迪说。“其中很大一部分取决于鸟类何时进化出相对较大的大脑。就像人类一样，更大的大脑会导致头骨发生很多变化。”

随着古生物学家发现更多有关恐龙的细节，恐龙与现代鸟类之间的分界线变得模糊不清（是的，鸟类在技术上是恐龙，但我们在这里说的是广义的）。科学家过去认为羽毛是关键，但现在我们知道许多真正的恐龙也有羽毛。飞行也进化了不止一次，当然，许多著名的经典恐龙也能飞翔。

然而，灵活的头骨和腭部出现的时间比始祖鸟等过渡型恐龙/鸟类生物晚，霍利迪认为这可能成为一个关键区别。“头部运动可能是现代鸟类与更像恐龙的鸟类祖先之间的明显分界线之一。”

编译自/scitechdaily