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羽毛是鳥類征服天空的工具，其功能演化從早期單根細絲狀羽毛的保溫、隔熱、通訊交流、保護色及防水等，逐漸演化為飛羽的空氣動力學(xué)功能?，F(xiàn)代鳥類飛羽具有高效空氣動力功能的主要原因在于精密構(gòu)造——其遠端羽小枝腹側(cè)的羽小鉤嵌入隔壁羽枝上近端羽小枝背側(cè)的凹槽，形成類似拉鏈的互鎖結(jié)構(gòu)，稱為鉤槽聯(lián)鎖機制；近端羽小枝末端具有結(jié)節(jié)，防止羽小鉤在受外力時在羽小枝上滑動，稱為級聯(lián)滑鎖系統(tǒng)。通過鉤槽聯(lián)鎖機制與級聯(lián)滑鎖系統(tǒng)雙重機制緊密結(jié)合，使飛行羽毛兼具超強抗撕裂能力與自修復(fù)功能。近年來，在我國遼寧西部、河北北部及內(nèi)蒙古東南部中生代地層發(fā)現(xiàn)的一系列帶羽毛恐龍化石為羽毛的宏觀演化研究提供了證據(jù)。但是，由于羽毛的羽小枝等細微結(jié)構(gòu)通常在成巖時被破壞，這些在頁巖中保存的化石僅能保存羽毛的宏觀形態(tài)。因此，鳥類飛羽的鉤槽聯(lián)鎖機制與級聯(lián)滑鎖系統(tǒng)的演化機制一直缺乏直接證據(jù)。針對上述問題，中國科學(xué)院動物研究所研究員白明團隊聯(lián)合國家自然博物館、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所、沈陽師范大學(xué)及首都師范大學(xué)等單位的科研人員，對距今約9900萬年前的5塊晚白堊世緬甸羽毛琥珀進行研究。該研究構(gòu)建了針對羽毛琥珀微納結(jié)構(gòu)原位暴露和三維形態(tài)獲取分析技術(shù)體系，并通過使用片溶法對羽毛化石表面進行局部處理，將羽小枝及其黑素體原位暴露，且利用激光共聚焦顯微鏡與高分辨率掃描電鏡分別獲得三維結(jié)構(gòu)信息和羽小枝及其黑素體的微納尺度超微結(jié)構(gòu)信息。同時，研究利用掃描電鏡的聚焦離子束技術(shù)對羽小枝進行原位切割，獲得了羽小枝橫截面的三維超微結(jié)構(gòu)。研究表明，中生代羽毛的羽小枝存在兩種新類型——類型I羽毛和類型II羽毛。其中，類型I羽毛具有近乎對稱的羽片，羽軸極細，羽枝基部寬度小于分生的羽小枝。這一類型的羽毛或?qū)儆隈Y龍類、傷齒龍類等接近鳥類的非鳥恐龍。同時，其羽小枝基部的橫截面呈現(xiàn)獨特的“L”形彎曲，與現(xiàn)代鳥類的廓羽相似，但缺乏鉤槽結(jié)構(gòu)。羽小枝中遠段保留絨羽典型的結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，證明了羽毛從絨羽向飛羽演化是通過“基部形態(tài)改造”與“末端功能強化”分階段創(chuàng)新實現(xiàn)。類型II羽毛具有符合現(xiàn)代飛羽標準的增厚的羽軸和不對稱羽片，這一類型的羽毛或?qū)儆诰挼橥戆讏资莱Ｒ姷姆带B類。其近端羽小枝背側(cè)首次發(fā)現(xiàn)明確凹槽，并與遠端羽小鉤形成互鎖機制。與現(xiàn)代鳥類不同，其近端羽小枝腹側(cè)呈“J”形彎曲，使相鄰羽小枝間存在空隙，空氣易從縫隙穿過，表明早期飛行羽毛的空氣動力學(xué)效率較低。進一步，該團隊在一件無羽軸游離羽枝標本的近端羽小枝末端背側(cè)發(fā)現(xiàn)結(jié)節(jié)，這是迄今最古老的羽毛級聯(lián)滑鎖系統(tǒng)實證?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，該團隊豐富了羽毛演化模型理論中第3-5階段。其中，階段IIIa+b代表羽軸極細、羽小枝具有結(jié)節(jié)，但基部“L”形化的過渡形態(tài)；階段IVa顯示羽軸增厚但無羽小鉤；階段IVb揭示羽軸增厚，出現(xiàn)羽小鉤；階段Va對應(yīng)反鳥類空氣動力學(xué)效率較低的不完全優(yōu)化飛羽；階段Vb指向今鳥類的現(xiàn)代高效飛羽。同時，該團隊在觀察羽毛化石超微結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)大量在羽小枝中呈原位保存的黑素體。研究團隊根據(jù)黑素體的三維排列分析黑素體大小及形狀，并利用布拉格定律推導(dǎo)模擬公式計算反射峰波長，揭示了這些羽毛可能的原始色彩——類型I羽毛因特殊黑素體層狀排列或呈現(xiàn)“黑色帶紅色光澤”；類型II羽毛或為單調(diào)的深灰色或“企鵝式純黑”；游離羽枝或為普通灰色。這一研究填補了羽毛演化史的關(guān)鍵空白，為重建早期鳥類飛行能力的演化路徑提供了實證。近期，相關(guān)研究成果以The Ultrastructure of the Cretaceous Feathers Highlights the Evolution of the Feather為題，發(fā)表在《科學(xué)通報》（Science Bulletin）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院及北京市等的支持。論文鏈接研究的類型I羽毛化石（a-e）、類型II羽毛化石（f-j）、零散羽枝化石（k-o,p-q）和現(xiàn)代鳥的羽毛