張法奎 2008年01月04日 08:29
鳥類雖然是我們所熟知的動物，但是它們如何進化為能飛翔的動物，對於我們一直是個謎。鳥在天上自由自在地翱翔不知引起多少人的遐想。例如，我們中國人稱太陽為金鳥，即是說烏鴉是居住在太陽裏的神鳥。神話是美麗的幻想，它們都有現實的根源。人類飛上天的慾望，自古至今經久不衰，為此，人們在童年時不知作過多少飛上天的夢。直到本世紀初，美國賴特兄弟發明了飛機，人類才算實現了上天的願望。可是鳥類怎麼進化為能飛行的動物這個謎，至今我們還未能解開。
說到起源，只要真正掌握了鳥類的定義，能找出區分鳥與爬行動物的精確標準，那就只需少數幾個甚至一個關鍵特徵就能闡明鳥類起源。
鳥類最主要特徵是能飛行，因此作為主要飛行器官的前肢的進化不可不著重研究。前肢在爬行動物原本有兩種功用，一是幫助動物行動，二是幫助吃食。原始獸腳類階段，如虛骨龍，它們的身體姿勢為直立方式，這是從它們的槽齒類祖先那裏繼承來的，後腿擔任全部行進功能，前肢得到解放，專門用於捕食。在似鳥類爬行動物逐步向鳥類接近過程中，它們的前肢逐漸增長，開初前肢長度僅為後腿的一半，至始祖鳥前肢長就超過了後肢，以後的鳥類前肢更長。隨整個前肢的增長，手也增長。
開始手還像普通爬行動物一樣具有五指，也未變長大。再向前進化，第五手指退化掉了，第四指也退化為豆形小骨，手上只剩Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三個指，至始祖鳥這三指就癒合起來。手腕骨也有變化，原始獸腳類恐龍的遠排腕骨較為扁附在掌骨的近端上，到倭寇龍(Maniraptorans)這腕骨就變為半月形。這小小腕骨的改良可有重大意義，從而使前肢能像鳥類那樣折疊起來，它可使已經增長了的手轉動向體側保持在休閒位置，當需要時，這手可以突然地轉向前捕食。
後肢對鳥類飛行僅起輔助作用，當鳥起飛時，需要用後腿快速助跑才能騰空。著陸時，也需後腿起緩衝作用幫助落地。可是在進化歷程中，後肢對鳥類飛行起源卻起過關鍵作用，其功不可沒。只用兩條後腿站立、走路和跑跳的技能，早在鳥類出現之前，恐龍的祖先——槽齒類動物就具備了。獸腳類恐龍繼承了一副堅強有力的後腿，正是這副腿奠定了恐龍在中生代世界逞兇的基礎，也為後來的鳥類稱霸天空準備了堅實的條件。獸腳類恐龍後腿的改進表現在小腿中的脛骨增強和拉長，腓骨退化，導致小腿長度超過大腿的長度。腳掌骨由五個退化為三個，它們也拉長，並豎立起來。腳趾由五個減少到三個，第五趾縮小為短錐狀，第一趾也縮小，懸在第二趾內側，不能著地，失去了承重功能。但是到了始祖鳥，這第一趾轉向後，到後來的鳥類，它下降到其他三趾的水準，並且能與其他三趾對握，它在鳥類樹棲生活中起到非常重要的作用。腿變長，能增大步幅，加快速度。整個動物體重落在腳趾上，以左右後腳在靠近身體中央矢狀面位置反復交替前進，在快速運動中能很好地保持平衡。
如果說後腿形態在向鳥進化中變化不大，那麼胯骨的變化就顯得很突出了，特別是恥骨，它原本是向前下方伸出的，卻逐漸轉向下方，始祖鳥的恥骨就是這種狀態，最後轉為向後，那是較進步的鳥才完成的。後者的坐骨加寬變大，並與多個脊椎緊密結合。胯骨後轉的原因現在還不甚明了，可能與大腿姿態的轉變有關。
恐龍類的尾巴有平衡作用，用兩後腿站立的恐龍，就像個塔式起重機，巨大的尾巴是平衡身體前部重量的配重器，在向鳥進化過程中，它們的軀體骨架變得短而緊湊，頭和頸也都變小，這可減少體重，再加上身軀採取直立姿勢，又使身體重心相對地向後移了，身體重心後移的更重要原因是，後腿的下端(膝關節)向前移了。
因此，作為配重器的尾巴也隨之縮短。尾巴退化的另一原因是原來用來拉動大腿的肌肉，由於後腿姿勢的改變，強大的尾肌失去了作用而萎縮了。現代鳥類的尾巴，不管大小，它們的尾骨都已退化為短小的尾呂骨，在始祖鳥尾巴還相當長大，中華龍鳥的尾巴幾乎無異於其他恐龍。有一系列獸腳類恐龍化石證據表明似鳥類爬行動物的尾巴是逐漸退化的。與其尾椎骨退化的同時，尾羽逐步地完善起來。最後由羽毛形成鳥尾，重量輕，面積大，在鳥飛行中起舵的作用更為出色。
與飛行密切相關的生理也很重要，比如，高代謝率和熱血是現代鳥類的特徵。原始的獸腳類恐龍大概還不是熱血的，這一特徵顯然是在前鳥類中產生的，是否與羽毛相伴而生的，現在尚不能確知。有人證實反鳥 (Enantiornithes)是非熱血的，但是比它形態還原始的中國孔子鳥卻是熱血的。與高代謝率和熱血密切相關的器官心臟和血脈系統，在鳥類與爬行動物有著很大的區別。和哺乳動物相似，鳥心臟是四心室的，體循環系統是單側的，而一般爬行動物的心臟是三心室的，體循環系統是雙側的。但鳥類的體循環系統是右側的，與哺乳動物相反。由於心血管系統不能形成化石，這心臟和主動脈弓的進化問題，就不得而知了。
與高代謝率和熱血密切相關的另一器官肺臟和氣管系統在鳥類也是很特別的，同樣也是沒有古生物證據，不能得到解答。鳥類的雌性生殖系統只保留一側，另一側退化，被解釋為與飛行有關，減輕體重，可是有的爬行動物不會飛，也是僅有一側生殖器官。還說鳥類保持產卵而不產仔也是適應飛翔，這些似乎沒有必然的道理，蝙蝠是飛行動物不也是產仔嗎?當然減輕體重對鳥的飛行是至關重要的，骨骼減輕，肌肉也減輕，除用於飛行的肌肉以外，身體的其他肌肉都減弱了，整個身體都縮小了，只有這樣鳥才能飛上天。
