與生活在陸地、海洋的動(dòng)物相比，飛翔在天空中的鳥兒，有什么與眾不同的特點(diǎn)呢？第一個(gè)答案或許就是羽毛。

對(duì)于鳥類來說，輕盈而精巧的羽毛是非常重要的一種結(jié)構(gòu)。除了幫助鳥類飛上天空，羽毛還具有更多復(fù)雜的功能：一方面，細(xì)密的羽毛可以在體表形成隔熱層保持體溫；另一方面，鳥類羽毛具有豐富多彩的特點(diǎn)，這也使其成為鳥類在繁殖行為、種內(nèi)和種間視覺交流中的一種重要的信息傳遞媒介。

對(duì)于鳥類而言，羽毛的磨損時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生。因此，它們需要獨(dú)特的策略去更換這些磨損的老舊羽毛。

鳥類換羽的兩種模式

系列研究發(fā)現(xiàn)，鳥類換羽行為可以大致分為兩種模式，即順序換羽模式和非順序換羽模式。

順序換羽模式，指羽毛，尤其是飛羽，按照一定的順序，在兩翼對(duì)稱而緩慢地替換。采用順序換羽模式的鳥類，它們的羽毛是有序替換的，雖然每年都會(huì)分時(shí)段脫落一片到幾片羽毛，但這些鳥類的整體飛行能力幾乎不會(huì)受到影響。

非順序性包括同時(shí)換羽模式和隨意換羽模式。前者是指鳥類會(huì)在一年當(dāng)中的某一特定時(shí)間段，把和飛行相關(guān)的羽毛統(tǒng)一換掉。這種行為帶來的問題，就是在這一時(shí)期，這些鳥類會(huì)失去飛行能力。

隨意換羽模式的鳥類，它們的換羽行為非常隨機(jī)，缺少統(tǒng)一順序或者統(tǒng)一的換羽時(shí)間，因此這種換羽模式都是發(fā)生在沒有飛行能力的鳥類當(dāng)中，例如加拉帕戈斯的弱翅鸕鶿。

遠(yuǎn)古的鳥類如何更換羽毛

那么，鳥類身上這種換羽行為是怎么演化形成的？最早的鳥類如何更換它們的羽毛？

中國科學(xué)院古脊椎所徐星研究員團(tuán)隊(duì)和以色列海法大學(xué)生物學(xué)家一起合作，在著名學(xué)術(shù)期刊《當(dāng)代生物學(xué)》上發(fā)表了一篇研究論文。這項(xiàng)研究基于一個(gè)由302個(gè)現(xiàn)生鳥類換羽行為信息構(gòu)成的數(shù)據(jù)集，采用祖先狀態(tài)特征分析方法，對(duì)鳥類換羽的演化歷程，進(jìn)行了宏觀演化分析。

祖先狀態(tài)特征分析方法是近些年來新興的一種宏觀演化分析方法。形象地說，這種方法就像在家譜架構(gòu)下，恢復(fù)家族每一代人的遷徙軌跡和生平。有了這些信息，就可以推算目標(biāo)特征在演化過程中變化的情況，估算這些特征在這一類生物的祖先身上可能存在的狀態(tài)，甚至計(jì)算特征變化速率、變化模式等。

鳥類的換羽行為，就非常適合進(jìn)行祖先狀態(tài)特征分析。在進(jìn)行分析時(shí)，首要解決的問題是“最早的鳥類是順序換羽還是非順序換羽”。

此次研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，包括現(xiàn)生鳥類、已經(jīng)滅絕的反鳥類等類群的全部鳥類在內(nèi)，它們的祖先都是以順序性換羽模式進(jìn)行換羽的。也就是說，至少在距今7000萬年前，換羽行為就已經(jīng)伴隨著最早的鳥類出現(xiàn)了。當(dāng)今鳥類中幾個(gè)獨(dú)立的非順序性換羽的演化支，可能是后來獨(dú)立演化出來的。

同時(shí)，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，鳥類的換羽模式與鳥類的棲息地選擇有關(guān)。順序換羽模式的鳥類可以保持全年穩(wěn)定的飛行能力，因此不需要在換羽期尋找特別的棲息地進(jìn)行自我保護(hù)。而非順序換羽模式的鳥類，在每年重要的換羽時(shí)期，由于飛行能力喪失，往往需要生活在特殊的棲息地。這些特殊的棲息地可以一定程度上緩解一些鳥類因?yàn)閾Q羽而面臨的危險(xiǎn)情況，比如更難獲取食物，以及更容易被捕獵者捕食等。

會(huì)飛的非鳥恐龍也要換羽

大量的化石顯示，鳥類的近親——非鳥恐龍絕大部分都具有羽毛。對(duì)于這些可能會(huì)飛的非鳥恐龍來說，換羽行為是怎樣的呢？

帶著這個(gè)問題，中以兩國科學(xué)家對(duì)中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所收集的大量帶羽毛恐龍的化石進(jìn)行了詳細(xì)觀察。他們?cè)谝活愔乃囊砜铸垺”I龍的一件化石標(biāo)本當(dāng)中，觀察到了明顯的順序換羽現(xiàn)象，這也是首次在非鳥恐龍中發(fā)現(xiàn)這種行為。

由于小盜龍的生存年代為距今約1.2億年。因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)又將順序換羽行為可能出現(xiàn)的最早時(shí)間向前推進(jìn)了一大步，范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大到了非鳥恐龍當(dāng)中。保守地說，至少在距今1.2億年前的早白堊世，鳥類或者一些非鳥恐龍，已經(jīng)具有順序換羽的行為了。

在小盜龍中發(fā)現(xiàn)順序換羽行為的證據(jù)，證實(shí)了它們可能具有相當(dāng)強(qiáng)的、可以維持全年穩(wěn)定飛行的能力。同時(shí)，順序換羽行為也說明，小盜龍所生活的環(huán)境可能缺少給它們提供換羽期保護(hù)的必要條件——也許在小盜龍生活的環(huán)境當(dāng)中，食物資源不夠豐富，或者它們面臨全年的、較大的被捕食壓力。這恰恰與小盜龍所生活的熱河生物群的生態(tài)環(huán)境非常吻合。（秦子川 來源：科普中國）