恐龙是如何进化出喙并变成鸟类的？

一旦您知道许多恐龙都有羽毛，似乎就很明显它们可能进化为鸟类。但是仍然有一个大问题。一组牙齿丰富的恐龙颌骨（如霸王龙）如何变成被鸟喙覆盖的现代鸟类的无齿颌骨？在这种过渡过程中必须发生两件事，即牙齿的压制和喙的生长。现在，新的化石证据显示了它是如何发生的。

在一项新研究中，北京首都师范大学的王硕及其同事研究了一系列恐龙和早鸟化石，以期观察到这一转变。他们发现一些恐龙随着年龄的增长和发芽的小喙的进化而失去牙齿。随着时间的流逝，这个过程越来越早地发生，直到最终动物从它们的卵中完全长出喙。

实际上，最老的鸟有类似爬行动物的牙齿-例如侏罗纪晚期（1.5亿年前）的始祖鸟和白垩纪早期（1.25亿年前）的Sapeornis。但是其他早起的鸟类也失去了牙齿，例如孔子，也早于白垩纪。

现代鸟类都缺少牙齿，除了南美的Op鸟Opisthocomus以外，它们的孵化中的小牙齿用来帮助它们从卵中逃脱然后脱落。1980年代的发展实验表明，如果用正确的分子人工刺激下巴组织，现代鸟类可能会产生牙齿。这表明他们的祖先自然会长出牙齿。

同时，许多恐龙实际上确实有某种形式的喙。喙由角蛋白组成，角蛋白是坚韧，柔软的蛋白质，还可以制造指甲，牛角，羽毛和头发。我们通常将喙视为无所不包的结构，从前端的尖尖延伸到眼睛，包括现代鸟类的鼻孔。但是化石的例子表明，许多带齿的恐龙实际上在鼻子的前端只有很小的喙。

为了弄清楚喙是如何代替恐龙牙齿的，研究人员不得不观察动物的颚骨内部。恐龙骨骼化石不仅是原始骨骼的岩石铸件，而且几乎总是显示出所有内部结构。任何恐龙骨骼的显微薄片都显示了血管和神经的内管的所有细节，以及骨骼生成细胞所在的凹坑。化石颚骨的薄片显示出牙齿的细节，与任何现代颚骨一样。

颌骨颚骨。图片来源：藏海龙
如今，骨头很少被切开，使用计算机断层扫描（CT）扫描以查看骨头内部而不损坏骨头的情况更为普遍。CT扫描是一系列间隔很近的X射线，使研究人员可以构建详细的3-D模型，以显示骨骼内的每个精细细节。

Wang和同事们观察到，与兽类祖先密切相关的兽脚亚目兽脚类恐龙Limusaurus，早起的Sapeornis幼时的牙齿就在颚的前部，但是随着它们的长大而失去了。对化石的详细内部扫描显示，成年Limusaurus没有牙齿，但下颌仍然有牙槽，被封闭并形成了一条运河。在成年Sapeornis中，下颌后部有牙齿，而下颌前没有。

随着现代鸟类在其卵内生长，喙角蛋白开始在鼻子的尖端形成，然后长回以覆盖上下颚。Wang及其同事认为，调节喙生长的机制也可以抑制牙齿的形成。对BMP4基因的研究证明了这一点，它可以控制现代鸟类的两种功能。

用化石显示动物是如何随着时间演变的，这表明某些恐龙会出现喙，而鸟类亲属最初会随着动物的成长和牙窝的关闭而向后扩展。最终，该过程在发育周期中发生得越来越早，直到出现带有喙且没有牙齿的幼体。如今，骨骼基因BMP4控制着喙的生长和牙齿的抑制，而这些可能早在鸟类进化中就发挥了作用。

为了获得更多证据，Wang及其同事对在进化过程中失去或减少牙齿的脊椎动物进行了更广泛的观察，包括一些鱼类，青蛙，穿山甲，鲸鱼和完全无牙的乌龟。在所有情况下，失去牙齿的动物都会被角蛋白喙代替牙齿。

这些发展的观察有助于证实精致的恐龙化石所指向的理论。为了成为鸟类，恐龙必须进行许多改变，包括尺寸缩小，发芽，适应用于展示和飞行的羽毛，改善其感觉，缩短其尾巴，失去牙齿以及许多其他特征。重要的是，能够为这些惊人变化中的每一个发生如何识别合理的证据。