六千六百万年前的考验：鸟类的存续奇迹

阿斯忒里亚鸟的头骨化石，它是现生鸡、鸭所在类群中，已知最古老的鸟类。

阿斯忒里亚鸟生存环境的艺术重建。

以种子为食的阿斯忒里亚鸟。

赢家 维加鸟是一种与鸡、鸭亲缘关系密切的早期鸟类，具备科学家认为助力现代鸟类幸存的关键特征：它们体型较小、角质喙替代了牙齿，还拥有宽大双翼、发达胸肌和能充当方向舵的短尾。

在白垩纪的最后一天，大约是6600万年前，地球还充满了各式各样的恐龙。在北美大陆上，顶级掠食者霸王龙正悄悄靠近它最爱的猎物三角龙。在亚洲，敏捷的掠食者紧盯着一群嘴巴像鸭子一样、身披装甲的植食恐龙。在欧洲，许多小型肉食恐龙与植食恐龙漫步于岛屿上。在赤道以南，一群长颈的庞然大物每走一步都会让大地为之一震。放眼全球各地，还有许多长羽毛的恐龙挥舞着艳丽的羽毛，有些甚至能拍打翅膀飞向空中。

突然之间，恐龙时代结束了。一颗巨大的小行星直冲今天的墨西哥湾，引发了一连串的连锁灾难：地震、海啸、野火，随之而来的是数年的黑暗与冰寒。不久之后，大约四分之三的生物在这场浩劫中灭绝。小行星撞击带来的灭顶之灾，也造就了一个科学上最大的传说，那就是所有恐龙都丧生于这场白垩纪末期的大灭绝，无一幸免。

然而实际上，有一支恐龙奇迹般地存活了下来——鸟类。为什么只有鸟类存活，而其他每一种恐龙都灭绝了？这个问题困扰了科学家数十年。过去30年里，随着古生物学家发掘出更多长羽毛、有翅膀的恐龙，这个疑问变得更加深刻。这些恐龙虽不完全位于鸟类的演化分支中，但它们的许多生物学特征和行为习性都与现生鸟类高度相似，甚至其中的少数已经具备了飞行能力。那么，究竟是哪些原因，导致只有鸟类逃脱了灭绝的命运？

飞上蓝天的恐龙

很久以前，研究者就在思考现生鸟类与已灭绝恐龙之间的关联。早在19世纪60年代，与查尔斯・达尔文同时代的科学家就已注意到现生鸟类与侏罗纪和白垩纪小型肉食恐龙的骨骼结构惊人地相似，但两者已经分别跨越了2.01亿与6600万年的时光。20世纪90年代，鸟类由恐龙演化而来的观点逐渐成为主流，这得益于在中国发现的带羽毛的恐龙化石。它们被喷发的火山灰快速掩埋，并以极为完好的状态保存成了化石。

过去25年间，中国辽宁省陆续发现了数千件长羽毛的恐龙化石。我有幸与已故同事吕君昌教授研究这些标本，并将其中一件化石命名为振元龙，它是伶盗龙的近亲。这件标本堪称惊艳，躯干的大部分区域都覆盖着一缕缕丝状绒羽，它前肢的羽毛则整齐排列，形成了小小的翅膀。这些身披羽毛的生物，讲述着鸟类如何从恐龙演化而来的故事。这是生命历史上最伟大的演化历程之一：张牙舞爪的陆生肉食动物缩小体型、披上绒羽、长出翅膀，最终飞向天空。

在过去20年的大部分时间里，我始终致力于研究这一段惊人的演化历史。从博士阶段起，在已故古生物学家马克·诺瑞尔的指导下，我构建了早期鸟类与其恐龙近亲的庞大演化树。这棵树揭示了鸟类如何历经数千万年，一步步从恐龙演化而来。现生鸟类的许多关键特征——羽毛、翅膀、叉骨、中空骨骼、高效得惊人的肺与发达的大脑——其实原本都属于恐龙。它们在漫长的时间里，由于一系列不同原因慢慢出现，只是后来才被“征用”为飞行机器的一部分。

化石记录显示，约1.5亿年前，真正的鸟类已经出现，例如在德国发现的标志性物种始祖鸟，它们翱翔在潟湖上空。与其他恐龙相比，这些鸟类的特殊之处在于一项非凡的能力：它们不仅能像部分长羽毛的恐龙近亲那样被动滑翔，还能通过拍动双翼获得升力与推力，从而自主起飞，并在空中保持长久飞行。

在此后的8500万年，甚至更久，真正的鸟类与它们的恐龙近亲生活在一起。就像始祖鸟一样，最早的鸟类酷似小型伶盗龙，长着像牛排刀一样锋利的牙齿、尖锐的爪子与细长的尾骨。随着时间流逝，一些鸟类逐步将身体结构调整成了更适应飞行的形态：前肢不断伸长、双翼更加宽大、振翅的肌肉愈发有力，而身体则愈发轻盈。它们的尾骨缩短成了一个短而圆钝的小凸起，支撑着充当飞行方向舵的尾羽，喙也取代了牙齿。有些鸟类变成了恒温动物，并开始以惊人的速度飞快生长。

与此同时，这些侏罗纪与白垩纪的鸟类逐渐开拓了全新的栖息地：地面、水边，特别是在树上。其中一类被称为反鸟类的鸟类，更是在树上建立了全新的生活模式：以植物和昆虫为食，在高高的树冠上筑巢繁衍。当白垩纪步入尾声，现生鸟类的直接祖先已经登场，例如与现生鸡、鸭亲缘关系密切的维加鸟和阿斯忒里亚鸟。它们鸣叫、振翅，身旁还有许多更原始、发育缓慢的鸟类“遗老”，这些更原始的鸟类还保留着长尾、牙齿与利爪。在原始鸟类与新成员的交相辉映下，白垩纪迎来了鸟类的空前繁盛。

随后，灾难如期降临。罪魁祸首是一颗直径约10千米的小行星。它是太阳系诞生之初残余的碎屑，恰好撞上了地球。小行星撞上了今天位于墨西哥的尤卡坦半岛，释放的威力相当于十亿颗原子弹。灾难来临的最初几天，世界仿佛被烈火与硫黄吞没。撞击的尘埃与野火产生的烟雾充满了大气，彻底遮蔽了阳光，使地球陷入长达数年的寒冬。即便侥幸熬过了撞击当天，物种也只有四分之一的概率延续下去。翼龙比鸟类更早演化出飞行能力，但也全部灭绝了，海生爬行动物、菊石与几乎所有恐龙也未能幸免。

古生物学家曾经争论白垩纪末期的灭绝速率，小行星究竟是否是大灭绝的元凶，还是说灭绝早已开始、小行星只是恰好在这时撞上了地球。然而根据最新的证据，我可以确信，灭绝发生得极为迅速，从地质尺度看仅是一瞬，而小行星无疑是这场灾难的元凶。

十多年来，我与同事一直在美国新墨西哥州西北部的荒原考察，这里的浅色岩石中，一层层完整保存着大量恐龙化石，一直到大灭绝前夕。2025年，在美国新墨西哥州立大学地质学家安德鲁·弗林的带领下，我们团队描述了一个生机勃勃的恐龙生态群。就在小行星撞击前数十万年，它们还在这里繁盛生存：肉食与植食性恐龙并存，没有任何迹象预示着即将到来的灾难。但突然，它们的骨骼消失在岩层记录中，只有一类恐龙化石得以在地层中延续，那就是鸟类脆弱而中空的骨骼。

受害者与幸存者

要解答为何非鸟类恐龙全部灭绝，只有鸟类幸存，我们就必须梳理完整的灭绝与幸存名单——不仅是恐龙，更要涵盖小行星撞击前的所有生物。整体规律十分明显：体型大的生物无一幸免。所有体型超过哈士奇的陆生动物，都未能挺过白垩纪，进入接下来的古近纪。

按照这一标准，便不难理解非鸟类恐龙为何注定会灭绝，包括一些长羽毛的恐龙。它们身躯庞大沉重，需要摄入大量食物才能维持生存。在燃烧的大地上，生态系统崩溃，食物极度匮乏。它们难以找到足够补给，也无法轻松地挖掘洞穴或是找到足够大的庇护所，躲避野火等撞击后的灾害。此外，它们大多需要数年才能发育成熟，这进一步降低了个体熬过小行星引发的漫长寒冬的可能性。

鸟类则截然相反。它们体型小巧，这意味着每天不需要摄取几十甚至上百千克食物，更容易熬过食物匮乏的时期。它们会飞，即便无法挖洞，也能振翅飞离危险区域。显然，与其他恐龙乃至其他灭绝的动物相比，这些优势让鸟类更占上风。但这就是全部了吗？

答案并没有这么简单。白垩纪末期的大灭绝并不是一个所有非鸟类恐龙灭绝，鸟类活了下来的简单故事。事实上，大量鸟类也在撞击带来的烈焰中消失了。可以说，绝大多数，甚至是几乎全部的鸟类，都与霸王龙一同走入了坟墓。有研究估算，超过90%的鸟类物种在此次事件中消亡。若不是有一小支鸟类顽强幸存，鸟类或许会与它们的恐龙近亲一样彻底消失。因此，我们必须重新定义我们的问题：为什么只有一小部分鸟类活了下来？

我们可以再次对比受害者与幸存者，但这次聚焦于鸟类内部。从如今美国新墨西哥州的野外，向北至蒙大拿州，再到加拿大萨斯喀彻温省，我们从保存完好的白垩纪末期地层中，发掘出了十几种已经灭绝的鸟类化石。它们形态差异显著：既有形态比较原始的尖牙齿、长尾巴鸟类，也有高度演化、具备现代鸟类特征的类群。在岩石中，一条细细的线标志着白垩纪末期大灭绝事件，这是小行星撞击时由黏土、泥灰岩以及部分撞击喷出物形成的一层薄薄的地层，里面富含小行星带来的大量铱元素。而在这一地层之上，就只剩下了一类鸟类化石：现生鸟类。所有其他鸟类从此消失在地层中，再也不会有一只牙齿尖锐，前肢带着镰刀状利爪，或是长着扫帚状骨质长尾的鸟类出现。这一规律在全球范围内都成立。

唯一跨越了大灭绝、延续至古近纪的鸟类支系被称作冠群，包含了演化树上所有现在还活着的鸟类所属的这一根分支，其物种数量至今仍在不断壮大。我们对鸟类冠群早期成员的大部分认知，几乎都来自近年发现的两件白垩纪最末期的化石标本。

第一件是维加鸟，20世纪90年代，科学家在南极冰原一块像水泥一样坚硬的结核中发现了一团杂乱的骨骼，这是对维加鸟的首次描述。去年，美国加利福尼亚州太平洋大学的克里斯托弗・托雷斯、得克萨斯大学奥斯汀分校的朱莉娅・克拉克和团队公布了一件保存得极为精美的维加鸟头骨化石，为这个物种补充了更多形态信息。第二件是阿斯忒里亚鸟，发现于比利时-荷兰边境一处采石场的灰岩，由剑桥大学的丹尼尔·菲尔德团队于2020年描述并发表。这两件化石都属于现生鸡、鸭所在的类群，因此稳稳地嵌在现生鸟类的演化树中。

维加鸟与阿斯忒里亚鸟，正是成功直面小行星撞击的鸟类代表，它们体型小巧、角质喙取代了牙齿、在水中或水域附近生活。研究发现，它们的骨骼缺少生长环，这说明这些鸟类生长速度极快，出生后不到一年就已经成年了。维加鸟的化石保存得更为完整，所以我们还可以知道，它的飞行能力很强，拥有宽大的翅膀与发达有力的胸肌。此外，胸腔内还发现了石化的鸣管——这是鸟类的发声器官，说明它们能发出鸣叫声。白垩纪的南极比现在温暖得多，但即使如此，维加鸟也能够忍耐高纬度地区的极夜寒冬。因此，从各个方面来看，地球上最早的冠群鸟类确实都很特殊。

牌局赢家

那么，究竟是哪些特殊因素，让这些具喙、生长迅速的水鸟躲过了大灭绝的浩劫？最近，加拿大多伦多大学的德里克·拉森和同事提出了两项关键原因：栖息地与食性。这很大程度上决定了生物在白垩纪末期的命运。

小行星撞击的影响遍及全球，但没有哪个生态系统比森林遭受的打击更惨重。撞击瞬间，先是撞击点附近的森林遭受冲击波的破坏，随后，全球的森林都受到了野火和酸雨的影响，这会持续数天，甚至数周。即便侥幸逃过了这一系列劫难，树木也会因缺少光照，无法进行光合作用而逐渐枯死。化石记录中保存了一场真菌泛滥事件，也印证了森林曾经大规模死亡。等到阳光重新照耀地面，森林生态系统可能又花了数百年才重新生长起来。

因此，所有依赖树木生存的动物都会陷入绝境，它们的栖息地、繁殖地与食物来源彻底消失。许多白垩纪鸟类，尤其是长尾的原始鸟类，大多特化为树栖生活。而维加鸟、阿斯忒里亚鸟及其他早期冠群鸟类则生活在水域附近或是陆地上。它们的家园虽然也遭受了破坏，却没有被完全毁灭。

漫长寒冬降临，依赖植物光合作用的生态系统全面崩溃。植物枯死，植食动物会先因为缺少食物饿死，肉食动物也会相继死去，整个食物链从底层向上彻底崩溃。然而，还有一种可以利用的植物资源：种子。

大部分植物会在短时间内迅速死亡，以叶片、茎、嫩芽、果实等部位为食的动物会难逃厄运，但种子截然不同。在现代的自然灾害后，种子还能在土壤中保存数十年，这让生态系统在野火或火山爆发后可以快速复苏。冠群鸟类拥有尖锐的喙，像胡桃夹子一样灵活，擅长取食种子。而其他多数生物，包括有牙齿的原始鸟类，都无法利用这一资源。

把所有线索拼凑起来，白垩纪末期的幸存者，就像一场混乱牌局中的赢家。每个物种都手持固定的牌坐在桌前：栖息地、食物来源、生长模式与行为习性。牌局的规则简单而残酷：灾难降临时，你手中握着什么牌？如果生长缓慢、无法挖洞建造庇护所、营树栖生活，或需要大量食物（尤其是植物），那么游戏结束。包括带羽毛恐龙在内的非鸟类恐龙虽然已经统治地球近1.5亿年，依然陷入了这样的绝境。但如果生长迅速、能建造庇护所或飞离灾难中心，生活在地面或水中，甚至能以种子为食，能大幅提升胜率。冠群鸟类恰好抓住机遇，赢得了游戏，成功逃脱了灭绝的命运。

劫后世界

直到撞击后的某一天，烟尘散尽，阳光再次普照大地，生态系统开始恢复。寒冬逝去，万物复苏。种子发芽长成大树，树聚集成森林，最终再度形成复杂多样的生态系统。短短几千年后，地球重获生机，清脆的鸟鸣回荡在新生的世界。

在新墨西哥州，古近纪的泥岩覆盖在富含恐龙骨骼的白垩纪地层上，这些泥岩形成于河岸或沼泽环境。古近纪地层同样富含化石，但不再是霸王龙匕首般的牙齿，或蜥脚类恐龙的巨大脊椎，而是哺乳动物的牙齿与颌骨。小行星撞击时，我们毛茸茸的祖先也握着胜利的牌面：它们体型小巧、穴居、生长快速，而且能以几乎任何东西为食。

在恐龙统治的1.5亿年里，哺乳动物静静在阴影中蛰伏，体型几乎没有超过家猫。如今，它们的机会来了。小行星撞击仅一百万年后，地球上便出现了和今天家畜体型相当的哺乳动物，这些新生力量迅速填补了恐龙腾出的生态位。但它们并不孤单。

托马斯・威廉森是刚刚从新墨西哥州自然历史与科学博物馆退休的策展人，也是研究哺乳动物的专家。他的科研成就源于数十年深入荒漠、专注勘探的积累。在双胞胎儿子莱恩与泰勒年幼时，他便常带他们深入荒原，一边照看孩子，一边搜寻化石。在一次全家搜寻化石时，10岁的泰勒苦寻数小时，深感无聊，便独自离开去寻找响尾蛇，同样一无所获。他决定找个隐蔽的地方上厕所，却被沙漠中裸露的、形状大小各异的化石绊倒。他兴奋的尖叫在空旷的峡谷中回荡，最终传到了父亲耳中。威廉森随即带上铲子，挖出了好几大袋石头，带回博物馆筛选、分拣。在这些骨骼中，他发现了一些不寻常的标本，这是一些薄如纸片的中空骨骼。其中一块像是好几节尾椎骨压缩在一起，还有愈合的腕骨。这些并不属于哺乳动物，而是鸟类的骨骼。

威廉森与两位同事——美国康涅狄格州格林威治布鲁斯博物馆的丹尼尔・克赛普卡，和现就职于美国奥斯汀学院的托马斯・斯蒂德姆，将这件化石命名为拂晓小鼠鸟，这个名字来源于纳瓦霍语中“清晨的小鸟”，以此纪念世代居住在这片古近纪丛林中（如今已变为沙漠）的原住民。在小行星撞击仅数百万年后，拂晓小鼠鸟便回到了新生的森林树冠中。它们非常适应树冠环境，两个脚趾向后反转，便于抓握树枝，正是这一特征说明它属于鼠鸟类。鼠鸟属于冠群鸟类，现存仅6个物种，生活在撒哈拉以南非洲地区。

在小行星撞击后仅数百万年，就能发现鼠鸟化石，这堪称意义重大。在鸟类的演化树上，鼠鸟出现得比较晚，这意味着当鼠鸟出现时，比它更原始的冠群鸟类可能早已分化并遍布全球。如果古近纪地层中已出现鼠鸟化石，那么其他更早分化的类群——如火烈鸟、鹰、鸠鸽、猫头鹰等——必然也已经存在了。事实上，如果检视最新、最完整的鸟类演化树，例如，2024年中国浙江大学张国捷和哥本哈根大学约瑟芬・史蒂勒团队依据数百种鸟类全基因组构建的最新完整鸟类谱系，就会发现，现生鸟类的主要类群，恰好都是在白垩纪末期大灭绝之后快速演化出现的。

随着撞击事件的影响远去，恐龙与古鸟类消失在历史长河中，哺乳动物成为新的竞争力量，那些战胜浩劫的一小支鸟类得以自由蓬勃发展。它们尝试了全新的飞行方式与食性、拓展未知栖息地，奠定了现代鸟类的多样性基础——现生鸟类已经超过了1万种，数量约为哺乳类的两倍。

目前，鸟类的这段故事主要是通过现生鸟类的DNA与演化树推测的。除了泰勒发现的小鼠鸟与少量零星标本，我们尚未发现更多古近纪的早期鸟类化石。这些鸟类体型较小、骨骼脆弱，很难形成化石保存下来。但如果我们的猜测正确，化石就藏在这些岩石中，等待着新一代古生物学家去发现。

（作者：史蒂夫·布鲁萨特，系英国爱丁堡大学古生物学家）

（本版图文均由《环球科学》杂志社供稿）

（光明日报）