植硅體揭秘古鳥食譜

吳 妍

被子植物主導著當今地球陸地生態系統的大部分景觀，并在支持不同生態系統的相互作用和包括人類自身的生物多樣性構建方面發揮著關鍵作用。從現代鳥類和植物之間密切關系來看(例如在種子傳播、授粉和吸食花蜜機制等)，長期以來，鳥類被認為可能在被子植物早期多樣性方面扮演著協同演化的重要生態角色。然而，古鳥類和被子植物相互作用的直接化石證據一直缺乏，使得這樣的假說很難找到確鑿的證據。

中國遼西早白堊世熱河生物群的特異埋藏已經發現了一系列重要的脊椎動物、無脊椎動物、被子植物化石，還包括了已知最古老也是多樣性最為豐富的鳥類化石。為了進一步探討被子植物和早期鳥類之間的相互關系，科研人員首次試圖應用植硅體分析方法對原始熱河鳥消化道材料進行了細致研究。

熱河鳥標本(IVPP V14978)的線描、攝影和CL掃描（圖片來自原文）

與現代鳥類不同，原始熱河鳥只有幾顆小牙齒，尾巴由二十多節骨質尾椎組成，和恐龍尾巴很像。原始熱河鳥位于鳥類演化樹較為基干的位置，是除始祖鳥之外，和鳥類祖先最接近的一個支系。對其食性的研究對于全面了解鳥類生態起源輻射至關重要。

之前的研究已經發現，中生代的鳥類很多以植物為食，特別是在熱河鳥正型標本中胃部保存種子化石。然而早期鳥類特別是熱河鳥到底在食用哪種植物呢？是裸子植物還是被子植物？一直以來，由于直接證據的缺乏，給我們留下很多未解之謎。

到底用什么方法，能夠透過億萬年的沉積，仍然可以解鎖遠古的植物信息呢？這個“神兵利器”就是植硅體。植硅體是一種微體植物化石。它是高等植物從地下水中吸取了可溶性二氧化硅，沉淀于植物細胞內或者細胞外部，形成水合二氧化硅。植硅體具有一些獨特的特性，比如它耐腐蝕和分布廣。植硅體的分布，可以從高山到平原，從江湖到海洋，凡有植被的地方都有植硅體存在的可能。不僅如此，更為重要的是，不同的高等植物會產生獨有的植硅體形態。所以，我們可以根據植硅體形態特征，區分不同的植物細胞，進而對植物種類進行鑒別。換句話說，它就是植物的專屬身份證。

事實上，植硅體分析已經在考古學、第四紀地質學、古生態學、醫學等眾多研究領域取得很多重要成果，特別在考古研究中的應用發揮著重要作用。而植硅體這種強烈的耐腐蝕和指示性特點，是否可以把它應用到更古老的中生代脊椎動物的特異埋藏化石研究呢？最近，我們首次應用植硅體分析方法對一個完整熱河鳥化石個體的消化道材料的分析，發現了富集的化石植硅體。

為了進一步鑒定化石植硅體，在整理4000余種植物的植硅體數據庫基礎上，依據早期群落植硅體數據庫的建立和對比，我們發現化石植硅體與現生植物中木蘭類植物葉片植硅體最為接近，從而實現了這些古老植硅體的形態鑒定。這一研究結果證實了在熱河鳥的胃容物中保留了來自木蘭類葉子植硅體的證據，也將已知的早期鳥類植食性認識擴展到木蘭類植物的葉片。這是植硅體分析方法在中生代脊椎動物化石研究應用的又一次重要突破，為進一步拓展脊椎動物與環境協同演化研究，開辟了新的方向。

包括熱河鳥和現存鳥類在內的三維下頜形狀PCA圖，重點與現存植食性鳥類對比（圖片來自原文）

研究團隊基于宏觀及微觀等多重分析手段，利用形態計量分析和下頜骨骼幾何形態的定量化研究，對包含熱河鳥和現生鳥類主要支系的下頜三維幾何形態數據集進行了更多分析，結果發現熱河鳥的下頜形態類似現生植食性鳥類，其在形態上更接近于南美洲熱帶森林中現生鳥類（麝雉），麝雉恰恰就是以葉子為食的。

先前的研究已經表明，鳥類的近親，小型獸腳類恐龍絕大多數屬于獵食者。相比之下，鳥類是樹棲植食性動物，這是當今鳥類在世界各地占據的一個重要而常見的生態角色。而鳥類向樹棲性的生態位轉化表明鳥類進化過程中的取食、消化系統和所處的陸地生態發生了改變，鳥類與開花植物之間開始了直接的相互作用。我們從熱河鳥胃容物中發現木蘭類植物葉子，為古鳥類普遍植食性的樹棲生態位置的轉化提供了明確證據。這一研究成果不僅為早期熱河鳥食性提供直接證據（熱河鳥與其生態環境復原圖見封底），也為鳥類食性演化與被子植物演化之間的早期互動提供了全新的認識。

可以想見，在中國遼西白堊紀早期，鳥類正經歷著一場別開生面的進化輻射，在環境變化的影響下華麗變身！它們展開飛翼，凌空而上，和它億萬年后的子子孫孫一樣，飛上木蘭樹梢，在樹枝的搖曳中，享用著葉片的能量和芬芳！