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2024年12月19日

中大與愛丁堡大學古生物學家破解最早期飛行脊椎動物尾巴功能之謎
以激光成像揭示前所未見的軟組織細節

2024年12月19日
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由香港中文大學及愛丁堡大學的科學家領導的研究小組,利用鐳射螢光成像技術,揭示早期飛行爬行類動物的尾翼內從未曝光的軟組織結構細節,藉此揭開尾翼的神秘面紗,闡明尾翼結構如何使翼龍成為最早演化出飛行能力的脊椎動物,在鳥類出現前主宰天空。
圖片來源:Natalia Jagielska、Thomas G Kaye、Michael B Habib、Tatsuya Hirasawa、文嘉棋

喙嘴翼龍(Rhamphorhynchus)尾翼的鐳射螢光成像圖像與詮釋圖。研究團隊發現,由較粗的縱向結構和較幼的近橫向纖維所組成的晶格可防止尾翼過度擺動,將阻力降至最低,為翼龍主宰天空提供條件。
圖片來源:Jagielska et al. 2024, eLife

翼龍是最早演化出飛行能力、也是最早擁有膜翅的脊椎動物,在2億2,500萬至6,600萬年前主宰天空,比鳥類和蝙蝠還要早得多。由香港中文大學(中大)生命科學學院助理教授文嘉棋博士和愛丁堡大學地質科學系Natalia Jagielska 博士領導的國際研究小組,最近在破解翼龍如何演化出飛行能力的長期謎團上取得了進展。他們利用鐳射螢光成像技術,揭示該物種的尾巴中從未曝光的軟組織細節,闡明了早期翼龍尾巴的功能,此研究已於著名期刊《eLife》發表。

早期的翼龍有一條長長的骨質尾巴,有時尾部會有一個神秘的軟組織「尾翼」,但由於沒有任何現存飛行脊椎動物有類似尾巴可與之比較,人們對翼龍尾翼結構的認識不足。雖然古脊椎動物的化石通常只有骨骼,但在極少數情況下,也能保存皮膚等細緻的結構。應用鐳射技術有助研究這些珍貴的細節,讓古老動物以完全意想不到的方式重現人前。

文嘉棋博士和他在科學進步基金會(Foundation for Scientific Advancement)的同事Thomas G Kaye先生篩選了來自世界各地的100多件翼龍化石,並鎖定四件保留了翼龍尾翼未知細節的喙嘴翼龍(Rhamphorhynchus)標本。喙嘴翼龍生活在晚侏羅紀,距今約 1 億 5,000萬年,其體型不比海鷗大,下顎長滿了針狀的牙齒。來自香港、波蘭、美國及日本的研究小組專家成員,到訪了愛丁堡的蘇格蘭國家博物館、倫敦的自然歷史博物館及多倫多的皇家安大略博物館,研究這四件特別的化石。

創新的鐳射成像揭示翼龍成功飛行的關鍵

研究人員已知翼龍的垂直尾翼由厚實的垂直結構支撐,但不清楚為何其尾翼不會像旗幟般隨風擺動並產生巨大飛行阻力。研究團隊利用鐳射螢光成像技術,使尾翼標本在黑暗中發光,發現了令翼龍能夠征服天空的特別構造:其尾翼由較粗的中空縱向結構,與較幼、一直延伸到尾巴末端的近橫向纖維交織而成的晶格所強化,防止其過度擺動。

蘇格蘭國家博物館的 Nick Fraser 博士(並無參與這項研究)表示:「多得研究人員深具遠見,將嶄新技術應用於看似我們已了解透徹的化石,否則或許沒有人會發現這個尾翼的秘密。現在能夠如此美麗地呈現出翼龍的一個關鍵特徵,實在令人興奮 。」

將於 2025 年初以博士後研究員身份加入中大的論文第一作者 Natalia Jagielska 博士說:「儘管已經過了數億年,我們仍然能夠為這些無法親眼目睹的動物骸骨還原其生物特徵,讓我驚訝不已。」

研究領導者文嘉棋博士解釋這次發現的更廣泛意義時表示:「翼龍突破了生物學的極限,利用順應性高的軟膜進化出飛行能力。我們希望能繼續發掘牠們成功飛行的關鍵要素,為生物仿生學領域帶來令人振奮的新啟示。」

加州大學洛杉磯分校醫學系的 Michael B Habib 博士和東京大學理科研究所地球與行星科學系的 Tatsuya Hirasawa 博士也參與了這項研究。

研究論文全文見 :  https://elifesciences.org/reviewed-preprints/100673

 



由香港中文大學及愛丁堡大學的科學家領導的研究小組,利用鐳射螢光成像技術,揭示早期飛行爬行類動物的尾翼內從未曝光的軟組織結構細節,藉此揭開尾翼的神秘面紗,闡明尾翼結構如何使翼龍成為最早演化出飛行能力的脊椎動物,在鳥類出現前主宰天空。 <br />
圖片來源:Natalia Jagielska、Thomas G Kaye、Michael B Habib、Tatsuya Hirasawa、文嘉棋

由香港中文大學及愛丁堡大學的科學家領導的研究小組,利用鐳射螢光成像技術,揭示早期飛行爬行類動物的尾翼內從未曝光的軟組織結構細節,藉此揭開尾翼的神秘面紗,闡明尾翼結構如何使翼龍成為最早演化出飛行能力的脊椎動物,在鳥類出現前主宰天空。
圖片來源:Natalia Jagielska、Thomas G Kaye、Michael B Habib、Tatsuya Hirasawa、文嘉棋

 

喙嘴翼龍(Rhamphorhynchus)尾翼的鐳射螢光成像圖像與詮釋圖。研究團隊發現,由較粗的縱向結構和較幼的近橫向纖維所組成的晶格可防止尾翼過度擺動,將阻力降至最低,為翼龍主宰天空提供條件。<br />
圖片來源:Jagielska et al. 2024, eLife

喙嘴翼龍(Rhamphorhynchus)尾翼的鐳射螢光成像圖像與詮釋圖。研究團隊發現,由較粗的縱向結構和較幼的近橫向纖維所組成的晶格可防止尾翼過度擺動,將阻力降至最低,為翼龍主宰天空提供條件。
圖片來源:Jagielska et al. 2024, eLife

 

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