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新疆哈密翼龍動物群首次發現大型恐龍化石

發表日期:2021-08-13來源:放大 縮小

  自然(Nature)旗下的《科學報告》(Scientific Reports)于2021812日在線發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所汪筱林領導的中國和巴西合作團隊的研究論文The first dinosaurs from the Early Cretaceous Hami Pterosaur Fauna, China,報道了新疆早白堊世翼龍動物群中恐龍化石的最新研究成果。這次報道的3件恐龍化石都屬于蜥腳類的多孔椎龍類(Somphospondylan),化石均不完整,分別保存了一段關聯的頸椎、一段關聯的尾椎和一段薦椎,另外還有一枚與尾椎保存在一起的獸腳類恐龍的牙齒。依據頸椎特征建立了盤足龍類(Euhelopodidae)一新屬新種中國絲路巨龍(Silutitan sinensis;依據尾椎特征建立了巨龍類(Titanosauria)一新屬新種新疆哈密巨龍(Hamititan xinjiangensis。這是新疆下白堊統地層中首次報道的多孔椎龍類恐龍,也是哈密翼龍動物群恐龍化石的首次報道。中國絲路巨龍和新疆哈密巨龍的研究增加了哈密翼龍動物群的多樣性,同時也增加了我國早白堊世蜥腳類恐龍的多樣性。兩種多孔椎類恐龍的出現,為這一恐龍類群的演化提供了新的信息,進一步證明了亞洲早白堊世多孔椎龍恐龍的廣泛多樣性。 

  1,多孔椎龍類,蜥腳類恐龍中的超大個子家族 

  多孔椎龍類是蜥腳類恐龍巨龍形類(Titanosauriformes)中的一支,生存于侏羅紀晚期至白堊紀晚期,多樣性比較豐富,其化石在全球各大陸都有發現。多孔椎龍類大多體型龐大,如阿根廷龍體長超過30米。多孔椎龍類主要特征包括頸部和前肢較長,至少具有15節頸椎,不同于尾巴極長和前肢較短的梁龍類;牙齒呈棒狀,不像腕龍類那樣具有勺狀的牙齒。多孔椎龍類恐龍各物種之間系統發育關系尚存在爭議,一些研究者認為多孔椎龍類由巨龍類和包括盤足龍類在內的若干基干物種組成;另一些研究者則認為多孔椎龍類僅由巨龍類和若干基干物種組成,盤足龍類不屬于多孔椎龍類。近年來,多孔椎龍類的化石在我國一些地方的白堊系地層中陸續被發現和研究報道,其主要分布在甘肅、河南、山東、遼寧、廣西等地區,其中上世紀20年代盤足龍化石最早發現于山東蒙陰。之前,在新疆白堊系地層中還沒有發現過多孔椎龍類化石,唯一的蜥腳類恐龍是在準噶爾盆地下白堊統吐谷魯群發現的似亞洲龍,由于標本破碎,其分類位置和命名有效性尚存在爭議。 

  2,化石發現于新疆早白堊世哈密翼龍動物群 

  新研究的恐龍化石由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所汪筱林研究員領導的哈密科考隊發現于吐哈盆地下白堊統吐谷魯群勝金口組中,與哈密翼龍化石共生保存,距今約1.3-1.2億年。由于化石長期暴露于極干旱強風沙的戈壁地區,在地表風化破碎嚴重,科考隊分別于2008年、20132016年進行了搶救性采集。自2006年以來,中科院古脊椎所哈密科考隊連續十多年在哈密戈壁進行科考工作,發現了罕見的哈密翼龍動物群,這一地區已經成為世界上分布面積最大和最富集的翼龍化石產地,上億數量的翼龍曾經在這里繁衍生息,是名副其實的翼龍伊甸園。這里已經成為哈密翼龍—雅丹國家地質公園,正在積極推動公園和翼龍遺址博物館的規劃建設。通過十多年的科學考察和搶救性采集,在翼龍研究上取得了若干令人矚目的成果,不但首次發現三維立體保存的雌雄翼龍個體,同時發現大量3D保存的翼龍蛋和翼龍胚胎與之共生。2014年在《現代生物學》(Current Biology)以封面文章報道大量幼年到成年的雌雄翼龍,命名了哈密翼龍動物群中的第一個物種——天山哈密翼龍,同時報道了世界上首枚三維立體保存的翼龍蛋,揭示了哈密翼龍具有類似于現生爬行動物錦蛇的革質蛋殼結構,顯示翼龍群居生活。2017年在《科學》(Science)報道了一件超過200枚翼龍蛋、胚胎和骨骼化石三位一體保存的重要標本,其中16枚翼龍蛋含有三維立體保存的胚胎化石,這也是全世界首次發現3D翼龍胚胎。通過對包括胚胎等骨骼在內的骨組織學和個體發育研究,認為哈密翼龍具有快速生長的骨骼結構,屬于相對早熟型的發育模式,出生后還不能飛行,尚需要父母照顧,這些發現和研究揭示了翼龍這一特殊的飛行爬行動物的生命史。通過多年的野外考察及埋藏學、沉積學和地層學的相關證據,認為這些數量巨大的翼龍經歷了多次白堊紀湖泊風暴事件,導致其集群死亡并被快速埋藏。此次研究的蜥腳類恐龍是哈密翼龍動物群中首次發現的非翼龍類脊椎動物,均產自于哈密翼龍化石的相當層位,三件標本的產出地點相距約2-5 km。 

  3,新的恐龍被命名為中國絲路巨龍與新疆哈密巨龍 

  由于化石暴露地表風化極其嚴重,三件標本僅殘存了部分表面破碎的椎體,搶救性采集后,科考隊技術人員對埋藏在巖石中沒有暴露地表的另一側進行了科學修理。修理后顯示,三件標本分別為6節關聯的頸椎及頸肋、7節關聯的尾椎和一段破碎的薦椎,其中前兩件標本分別被命名為中國絲路巨龍和新疆哈密巨龍。新的恐龍名稱來源于化石產地以及這類恐龍巨大的體型,代表了這類大型恐龍發現在中國新疆哈密,哈密又是“一帶一路”絲綢之路經濟帶上的重鎮,以此來紀念自古以來中國連通世界的偉大絲綢之路。 

  中國絲路巨龍保存了6節關聯在一起的較完整的頸椎,分別為第10-15節,單個頸椎的長度在455-540 mm之間,6節頸椎的總長度約3米,是我國山東蒙陰發現的早白堊世師氏盤足龍(體長約15米)對應頸椎平均長度的近2倍,保守估計中國絲路巨龍的體長超過20米。其鑒定特征包括中后部頸椎的后關節突-橫突隔板的側腹部分叉,椎體-橫突后隔板的前部分叉,副突-橫突隔板具有發育的腹側凸緣,中后部頸椎的橫突與肋骨的接觸面的前后面均收縮等。詳細的形態學觀察發現,中國絲路巨龍頸椎存在一厚的上突-前關節突隔板和呈下垂狀的頸肋,與其它保存頸椎的盤足龍類相比,其頸椎的上突-前關節突隔板的方向、前關節突-橫突隔板的方向、頸椎椎體側凹的發育程度等特征與其它已知的物種存在明顯的差別。與中國絲路巨龍保存在一起的還有一殘破的哈密翼龍下頜,說明這些大型的巨龍類恐龍與哈密翼龍共同生活在白堊紀的天空和陸地。 

  新疆哈密巨龍保存了7節關聯在一起的尾椎,分別為第4-10節,中間5節較完整,單個尾椎長度從210-320 mm不等,是蒙古發現的晚白堊世后凹尾龍(體長約12米)對應尾椎平均長度的約1.5倍,保守估計新疆哈密巨龍的體長約為17米。其鑒定特征包括尾椎神經嵴和神經弓的高度總和大于椎體高度,最前部尾椎的椎弓矢狀擴展,后關節突隔板與神經棘橫突隔板窩深,最前部尾椎的橫突指向上方,尾椎序列的橫突從指向上方到指向下方轉變突然,沒有過渡等。新疆哈密巨龍是亞洲發現的為數不多的巨龍類的蜥腳類恐龍之一,它展示了蜥腳類不尋常的組合特征。研究者詳細比較了哈密巨龍和其它巨龍類的形態特征,發現新疆哈密巨龍的尾椎椎體長度、前凹形的尾椎椎體、尾椎椎體側面接近腹部具有的隆嵴、橫突的形狀和方向等特征與東亞已知的其它巨龍類有著明顯的差別。與新疆哈密巨龍共同保存的還有一枚獸腳類恐龍牙齒,這也是哈密翼龍動物群中首次報道的獸腳類恐龍化石。由于在新疆哈密巨龍的骨骼上未發現獸腳類恐龍的牙印,不能確定是否存在獸腳類恐龍進食巨龍類尸體的現象。蜥腳類都是四足行走食植性的,這些大型食植恐龍和食肉獸腳類恐龍的發現和研究,大大增加了哈密翼龍動物群物種和生態多樣性。 

  4,系統發育分析基本確認了兩類新恐龍的分類位置 

  由于多孔椎龍類恐龍的物種數量比較多,前人的系統發育研究對不同的演化支各有側重。研究者選取2019年最新的兩個系統發育矩陣對哈密新發現的多孔椎龍類的系統發育位置進行了分析,其中Filippi等側重于包含多孔椎龍類在內整個巨龍形類的系統演化關系,共含有83個物種和405個特征;Mannion等則側重于多孔椎龍類的系統演化,共含有120個物種和548個特征。由于新標本中薦椎化石比較破碎,可用于鑒定的特征較少,僅能確認其屬于多孔椎龍類,所以在系統發育中基本沒有考慮。 

  為了確定頸椎和尾椎是否屬于同一類型,將頸椎和尾椎的特征作為一個整體放入兩個矩陣中進行分析,這個組合類型與盤足龍屬(Euhelopus)構成姐妹群,但支持這一姐妹群的特征僅為頸椎的特征,同時卻使得嚴格合意樹比原來的結果增加了很多未解決的多分支結構。再將頸椎和尾椎的特征分開,作為兩個類型進行分析,以頸椎為代表的中國絲路巨龍在兩個矩陣的分析中都和盤足龍屬構成姐妹群,且有多個特征支持,代表與盤足龍有著密切的親緣關系,所以中國絲路巨龍屬于盤足龍類。而以尾椎為代表的新疆哈密巨龍在兩個矩陣的分析中都位于巨龍類中,但是新疆哈密巨龍的加入使得整個巨龍類增加了未解決的多分支結構,同時其本身的系統位置在兩個矩陣的分析中也不相同,所以其更進一步的系統位置還不能確認,需要新的化石材料和進一步的研究。

  該研究由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所/中國科學院大學、巴西國家博物館/里約聯邦大學、吉林大學、北京自然博物館和哈密博物館等單位合作完成。中科院古脊椎所/中國科學院大學汪筱林研究員為論文第一作者兼共同通訊作者,巴西國家博物館/里約聯邦大學Alexander Kellner教授為共同通訊作者,其他作者還包括巴西國家博物館Kamila Bandeira,中科院古脊椎所/北京自然博物館裘銳博士、中科院古脊椎所蔣順興副研究員、吉林大學/巴西卡里里地區大學程心副教授和哈密博物館馬迎霞研究館員。 

  該研究得到國家自然科學基金、中科院戰略先導專項B、中科院青促會、中科院古脊椎所野外發掘經費及重點部署項目、哈密地方政府合作項目和高山科學促進中心等支持。

論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41598-021-94273-7

 

1 中國絲路巨龍(左)與新疆哈密巨龍(右)及哈密翼龍動物群生態復原圖(創作/趙闖,科學指導/汪筱林)

2三件恐龍化石骨骼保存示意圖(Maurilio Oliveira繪)

紅色(頸椎):中國絲路巨龍;黃色(尾椎):新疆哈密巨龍;綠色(薦椎):未命名化石

3 中國絲路巨龍(Silutitan sinensis gen. et sp. nov.)正型標本

4 新疆哈密巨龍(Hamititan xinjiangensis gen. et sp. nov.)正型標本

5 基于Filippi等人矩陣的系統發育圖

A 中國絲路巨龍和新疆哈密巨龍作為單一分類單元;(B)中國絲路巨龍和新疆哈密巨龍作為兩個獨立的分類單元。1. Titanosauria,2. Colososauria,3.Lithostrotia

6 基于Mannion等人矩陣的系統發育圖 

中國絲路巨龍和新疆哈密巨龍作為兩個獨立的分類單元:(A)等權重和(B)擴展隱含權重,k值為9。1. Euhelopodidae, 2. Titanosauria, 3. Lithostrotia, 4. Colossosauria

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