典型鐮刀龍類和阿爾瓦雷斯龍類恐龍的前肢骨骼示意圖，以及本項研究方法流程圖。 秦子川 供圖
中新網北京3月3日電 (記者孫自法)手盜龍類恐龍是一類在中生代(距今2.51億-6600萬年)極為繁盛的獸腳類恐龍，它們中的一支於白堊紀末(約6600萬前)的大滅絕事件中成功倖存，演化成當今的鳥類。手盜龍類恐龍奇異前爪即其分類命名因素的「手」，是如何演化而來？有何奇異之處？長期以來備受古生物學界關注和研究。
英國布里斯托大學、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)合作完成一項有關手盜龍類恐龍奇異指爪的功能研究，從最新的形態功能學方法揭示手盜龍類恐龍奇異前爪的演化之謎，相關成果論文近日在施普林格·自然旗下國際專業學術期刊《通訊-生物學》(Communications Biology)發表。
有何奇異？
論文第一作者和共同通訊作者、英國布里斯托大學和中科院古脊椎所合作培養博士研究生秦子川通過網絡接受中新社記者採訪介紹說，手盜龍類這個分類單元原意為「抓手者」，然而越來越多的化石證據顯示，有相當一部分手盜龍類恐龍的「手」，並不是用來抓握的。這其中最明顯的例子就是由手盜龍類恐龍演化的鳥類，其祖先的「手」部骨骼逐漸特化癒合，形成了飛行工具——翅膀的一部分。
不過，手盜龍類當中的一些其他分支，包括阿爾瓦雷斯龍類和鐮刀龍類，也有著顯然區別於典型「抓握型」結構的手部形態。作為手盜龍類最基幹位置兩個親緣關係較近的演化支，阿爾瓦雷斯龍類和鐮刀龍類卻有著差異巨大的體型和身體結構，尤其是在前肢形態演化上，可以算是手盜龍類家族當中的「一對怪兄弟」。
典型的晚期阿爾瓦雷斯龍類如臨河爪龍，一般有著短而粗壯的前肢，每個手部僅保存一個碩大的第二指，手指末端有一個「地質錘」狀的碩大指爪。而晚期的鐮刀龍前肢結構更為特化，它們有著修長的前肢、細長的手指和「鐮刀」狀的指爪。
這兩種特殊的前肢結構不僅在手盜龍類恐龍中罕見，在整個四足動物當中也寥寥無幾。由於這種演化上的特殊性，導致傳統通過與現生動物已知功能的前肢來對比這兩類恐龍的形態特徵也難以實現。
阿爾瓦雷斯龍類和鐮刀龍類恐龍的手爪採樣範圍和功能模擬結果。 秦子川 供圖
如何研究？
秦子川表示，進入新世紀以來，許多新興的計算機、工程和物理學研究方法被引入到古脊椎動物學研究當中，但鑑於恐龍化石記錄的不完整性和複雜性，很難開展大規模的相關研究。
在手盜龍類恐龍奇異指爪的功能研究中，中英合作團隊開發出一種新的脊椎動物學功能-形態研究方法框架——功能空間分析方法。新方法擺脫過去對化石精度及分析單一的限制，以「功能空間體」概念來模擬生物結構在不同力學狀態下的表現及差異。
本次研究將新開發的功能空間分析方法應用到鐮刀龍類和阿爾瓦雷斯龍類前肢中最為特化的骨質結構——爪骨上面。其爪骨位於前肢的末端，在大部分前肢運動功能當中，都承擔著相當大的應力，透過有限元分析可以很好地評估該結構在力學上的影響及表現。
秦子川說，此次研究構建的功能空間分析方法也受到期刊編輯和專業審稿人的高度肯定。他們認為，功能空間分析方法為人們理解滅絕動物的功能演化開闢了一個新視角，在未來的研究工作中也有望推廣到牙齒、鱗片、角、翅膀等高功能性的生物結構當中，為人們更好地理解滅絕動物的功能演化做出貢獻。
參考哺乳動物、非手盜龍類恐龍、阿爾瓦雷斯龍類和鐮刀龍類恐龍手爪的功能空間分布狀況。 秦子川 供圖
為何奇異？
秦子川指出，此次研究對阿爾瓦雷斯龍類和鐮刀龍類恐龍的前爪的穿刺、牽拉植物和挖掘功能進行模擬分析，並比對另外兩種獸腳類恐龍冠龍和異特龍，使用已知功能的四種哺乳動物穿山甲、小食蟻獸、泛美地懶和美洲獅的前爪進行校正，以對它們的前爪功能進行綜合且全面的比較研究。研究結果支持前人提出晚期阿爾瓦雷斯龍類可能具有前肢挖掘能力的猜測，不支持阿爾瓦雷斯龍類的短前肢是類似暴龍類的短前肢一樣是退化器官的假說。
這次研究顯示，發現於中國新疆中晚侏羅世(約1.6億年前)的早期阿爾瓦雷斯龍類，它們的前爪擅長穿刺和牽拉功能，卻不擅長挖掘，而晚白堊世(距今約8000萬-6000萬年)的「單爪型」阿爾瓦雷斯龍類成員則具有與穿刺能力和牽拉能力一樣優秀的挖掘能力。這一研究結果支持晚期阿爾瓦雷斯龍類的前肢功能相較祖先有了顯著變化，該現象可能與這一支系從雜食性到蟻食性生態位的轉換有關。本項研究也發現，阿爾瓦雷斯龍類前爪的功能表現和形態特徵特化(爪體加厚)高度相關，但卻與爪子以及個體大小之間沒有直接關聯。
同時，此次研究還發現大部分鐮刀龍類恐龍的前爪功能可以支持其植食性行為，但也發現體型最大的龜形鐮刀龍的「鐮刀」狀前爪可能因為過度特化、結構過於脆弱，已經失去正常的手爪功能，成為裝飾性結構。因此，這種「鐮刀」狀的手爪可能只能用於性展示、恐嚇等非接觸行為當中。「本研究發現鐮刀龍類前爪的形態特化速率甚至要快於這類恐龍快速的大型化過程，我們認為導致這種前爪失去大部分功能的原因，可能是一種名為『過型形成』的異速發育現象導致的。」秦子川說。(完)
來源： 中國新聞網