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【激罕】中國 1.2 億年歷史古鳥化石含肺部結構 證鳥類早有高效呼吸系統

2018/10/23 — 14:51

經歷數千萬年的歲月,很多生物化石的軟組織經已因熱力與壓力而消失,不過,學界亦找到罕見的消化道、生殖器官等軟組織化石。最新刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS)》的研究指,在有 1.2 億年歷史的鳥類化石中發現肺部結構,可讓學界更了解鳥類演化過程。

該白堊紀早期化石於中國東北遼寧省朝陽的九佛堂組發現,屬於至今只出土五個樣本的匙吻古喙鳥 (Archaeorhynchus spathula) 之一。該個鳥型類 (Ornithuromorpha) 物種大小如現代了哥一樣,最初考古團隊被其保存異常良平好的羽毛吸引,從中可以了解在其他中生代鳥類未曾見過、但在現代鳥類常見的尾部形態。

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經詳細檢驗後,團隊卻發現樣本胸部有疑似肺的結構。該結構分成左右兩邊、有出現裂縫,並有不尋常白色斑點。團隊指,這不可能是鳥的胃部,因為胃化石通常都會因碳化變黑。另外,肝臟化石可能都會出現裂痕,但由於當中含大量鐵而會變成紅色,故此這結構最可能是肺部。

Wang, X.L. & et al. (2018).

Wang, X.L. & et al. (2018).

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進一步化驗顯示,這個匙吻古喙鳥樣本的肺部與現代鳥類極為相似,證明早在 1.2 億年前現代鳥類祖先的肺部已出現特化 (specialisation) ,用以支持這類動物飛翔時的氧攝取能力。而目前所有吸氧有脊椎動物中,鳥類的呼吸系統最為高效。

哺乳類動物如人類則採雙向呼吸方式,故體內永遠都會混合著吸入的新鮮空氣以及將要呼出的廢氣。不過,鳥類肺部較小,其擴張收縮幅度並不如我們一樣,反而,牠們會使用氣囊將新鮮空氣單向推入肺部,提供更高的氧含量,以應付飛行時的高氧需求。

根據團隊的分析,許多這些氣囊結構都存在於該肺化石中,並嵌入其胸骨中,這亦是現代鳥類無囊的存在方式。團隊以電子顯微鏡檢查了樣本中的 22 個氣囊,其中 7 個來自疑似肺結構的氣囊有類似副支氣管 (parabronchi) 與充滿緊密微小氣囊的薄膜組織 (parenchyma) ,這些特徵都與現代小型鳥類的呼吸毛細管相似。

團隊指,這些呼吸系統特徵連同尾部形狀,都為鳥類演化進程提供重要線索,並令鳥型類有更大優勢,避過 6,600 萬年前的白堊紀大滅絕。

來源:
Science Alert, Scientists Have Found What They Think Are Incredibly Preserved 120 Million-Year-Old Bird Lungs, 22 October 2018

報告:
Wang, X.L., O’Connor, J.K., Maine, J.N. & et al. (2018). Archaeorhynchus preserving significant soft tissue including probable fossilized lungs. PNAS published ahead of print October 22, 2018. doi: 10.1073/pnas.1805803115

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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