一个多世纪以来,古生物学家们一直在争论鸟类的起源。他们中的大多数人认为鸟类是小型食肉恐龙的后代,但即使这一点也存在争议。现在,一场激烈的争论围绕着始祖鸟(最早无可争议的鸟类)出现后的1.45亿年间鸟类发生了什么。大多数鸟类是否在6500万年前与恐龙一起灭绝,被白垩纪末期的大规模灭绝事件所消灭——以至于现存鸟类主要来自一小群设法度过这场灾难的滨鸟?还是相反,主要的鸟类群体早在灭绝事件发生之前就已起源,并相对安然地度过了这次事件?鸟类化石和鸟类基因向不同的研究人员讲述着不同的故事。
尽管在白垩纪只发现了少量现代形态的鸟类化石,但普遍的观点是现代鸟类群体确实在这次大规模灭绝之前就已起源。某些鸟类群体的当前分布为这一观点提供了最有力的支持。例如,非洲的鸵鸟、南美洲的美洲鸵和澳大利亚的鸸鹋都属于一个名为平胸鸟的目。由于这些鸟类都不能飞行,它们分散分布的最简单解释是它们的共同祖先,即最早的平胸鸟,在8000万年前冈瓦纳古陆分裂之前就已生活在这片南半球超级大陆上。类似的论点表明,其他鸟类群,如鸡形目(鸡及其同类),也大约在1亿年前起源于冈瓦纳古陆。
但北卡罗来纳大学的鸟类学家艾伦·费杜西亚(Alan Feduccia)认为,化石证据讲述了一个不同的故事。他说,唯一看起来明显是现代鸟类的白垩纪化石属于一个鲜为人知的滨鸟群,它们与今天的石鸻相似。另一方面,自1980年以来,费杜西亚和其他研究人员发现了许多不同类型的白垩纪鸟类化石,被称为反鸟类。这个名字的意思是“相反的鸟”:现代鸟类有一对从下向上部分融合的细长脚骨——这种融合可能使脚部更坚固——而反鸟类的脚骨是从上向下部分融合的。(它们还有肥厚的尾巴,并且在大多数情况下有牙齿。)反鸟类在始祖鸟之后不久起源并遍布全球。但它们都在白垩纪灭绝事件中灭绝了。
费杜西亚认为,所有这些都揭示了一个新的鸟类进化图景。他现在主张,在1.45亿到6500万年前,几乎唯一存活的现代鸟类是滨鸟;在那8000万年里,各种各样的反鸟类主宰了鸟类世界。然后小行星撞击地球,尘埃遮蔽天空,酸雨弥漫,杀死大部分植物,并消灭了反鸟类。只有滨鸟幸存下来,它们以螃蟹和其他在小行星撞击后的冬季幸存下来的海洋生物为食——就像鼩鼱状哺乳动物在大型恐龙饿死时幸存下来一样。
费杜西亚说,对于鸟类和哺乳动物来说,灾难的后果都是一样的:幸存者爆发式进化,填补了死亡物种留下的生态位。在1000万年内,滨鸟演化出了主要的水鸟和陆鸟谱系——包括猫头鹰、鹰、企鹅、鸭子、火烈鸟和鹦鹉的祖先。费杜西亚说,这些形态在白垩纪化石记录中都没有发现,因为它们在白垩纪根本就不存在。他表示,这项理论突然让原本难以理解的混乱变得清晰起来。
然而,其他研究人员对这种“混乱”的看法却截然不同。国家动物园的分子生物学家艾伦·库珀(Alan Cooper)说,仅仅因为没有发现大多数现代鸟类目在白垩纪的化石,并不意味着它们不存在;古生物学家尚未真正探索一些最有前景的白垩纪地层,比如在新西兰和南极洲。库珀也认为新的鸟类目不可能像费杜西亚所声称的那样快速出现。他指出,鸟类进化最快的例子之一发生在夏威夷群岛,在鸟类首次抵达的500万年里,新的物种已经进化出来以各种花朵和种子为食。但库珀说,几乎所有的解剖学变化都发生在喙和头部。他说:“身体在500万年里没有任何变化。所以如果这就是你能在500万年里得到的全部,那么说在1000万年里你能从企鹅到鹰再到鹦鹉都得到,似乎很难。”
然而,最重要的是,库珀自己对鸟类基因的研究使他对费杜西亚的观点产生了怀疑。当物种分化时,它们的基因会逐渐积累不同的突变。通过测量现代鸟类之间有多少差异,研究人员可以构建一个家谱,显示这些物种是如何从共同祖先分化出来的——如果研究人员有办法估计遗传变化发生的速度,甚至可以确定它们分化的时间。
库珀和新西兰梅西大学的理论生物学家大卫·佩尼(David Penny)收集了属于30个现代目中24个目的鸟类的羽毛和组织样本。他们从每个样本中提取了一段特定的、经过充分研究的DNA片段,这段DNA在地球上几乎所有生物体中都存在。(它编码核糖体(细胞蛋白质工厂)的一个组成部分。)通过分析每个羽毛或组织样本的DNA链的碱基序列,库珀和佩尼确定了不同鸟类目之间以及同一目内不同物种之间存在多少碱基变化。
他们的发现让他们支持鸟类进化的传统观点,并怀疑费杜西亚关于滨鸟是唯一具有白垩纪起源的观点。例如,在鸡形目中,库珀和佩尼发现,平均而言,任何两个现代物种的DNA序列差异为20到25个碱基。他们在平胸鸟类物种中发现了相同程度的差异。由于已知最古老的鸡形目和平胸鸟类化石大约有5500万年的历史,这告诉库珀和佩尼,鸟类DNA中发生20到25个突变至少需要5500万年。
但当他们将鸡形目DNA与平胸鸟DNA进行比较时,他们也发现了平均20个碱基的差异。如果DNA时钟稳定运转,这表明鸡形目和平胸鸟的共同祖先一定比这两个类群已知最古老的化石还要早大约5000万年。没有人发现这个共同祖先的化石,但库珀和佩尼确信它生活在白垩纪。他们对其他鸟类目DNA的分析也得出了类似的结果。在7月的一次进化生物学家会议上,库珀报告说,大多数现代鸟类群体有1.2亿年的历史——是费杜西亚声称的两倍。
当然,这项基因研究远非无懈可击。其中一个原因是,库珀和佩尼研究的DNA序列只有400个碱基长——也许太短,无法作为完全可靠的基因钟。费杜西亚说:“库珀有权发表他的意见,但在我看来,他可能错了。重点是:在6500万年前,几乎没有被确认为现代鸟类目的化石。是他,而不是我在推测。”
一个人的猜测是另一个人的数据——目前,关于鸟类起源的重大辩论就停在这里。库珀说:“古生物学研究和分子生物学研究之间确实存在分歧——这是无可避免的。问题是,我们在这两个领域做的工作越多,分歧就越大。”














