The Innovation | 溯源远古鸟类食谱——植硅体分析新突破

导 读

鸟类与早期被子植物祖先协同进化，这被认为是促进被子植物迅速多样化的重要机制。然而，由于化石记录缺乏，使得这样的假说缺少直接证据。最近，我国科研人员从1.2亿年前辽西早白垩世热河生物群古鸟化石消化道材料中，发现了被子植物早期分支木兰类叶子的植硅体，首次证实了古鸟类叶食性的早期起源和演化，实现了植硅体应用的新突破。

图1 热河鸟生态环境复原图（许勇绘）

现代鸟类和和植物之间形成了互惠互利的协同进化关系。古鸟类被认为可能在被子植物起源和早期多样性方面扮演着协同演化的重要角色。

中生代“庞贝”化石宝库之一的中国辽西白垩纪热河生物群，其特异埋藏保存了一系列精美壮观的动植物化石，这其中就包括已知最古老的多样化鸟类组合。在这里，带毛恐龙和鸟类的祖先共享着这片森林-湖泊生境，和其它主要门类的脊椎动物、昆虫、植物一起组成了丰富的中生代动植物生态系统。

原始热河鸟是除始祖鸟之外，和鸟类祖先最接近的一个古老支系。对它们食谱的深入研究对于全面理解整个中生代鸟类的生态起源和辐射分化具有决定性的意义，也有助于推断早期鸟类与开花植物之间密切的、潜在的协同进化机制。

原始热河鸟胃部保存的种子化石，曾作为原始热河鸟的植物食谱证据。但是这些种子究竟属于裸子植物还是被子植物，由于缺乏与其相对比的现代植物，一直困扰着科学家们。

植硅体是高等植物从地下水中吸取了可溶性二氧化硅，沉淀于植物细胞内或者细胞外部，形成含水非晶态的二氧化硅颗粒。植硅体是一种微体植物化石，因其形态具有物种指示性，广泛应用于考古学、第四纪地质学、古生态学、医学等众多研究领域，能够帮助我们解锁远古的植物信息。我们首次应用植硅体分析方法开展了对1.2亿年前辽西早白垩世热河生物群热河鸟化石在消化道中保存的炭化残留胶结物的分析。

我们经过多次尝试，成功地从热河鸟消化道残留物中提取出了化石植硅体。为了鉴定这些古老植硅体来源，我们整理并对比4000余种植物的植硅体数据库，发现化石植硅体无论在形态还是纹饰特征上都与现生木兰类植物叶片植硅体最为接近。这一结果提示我们热河鸟可能食用了来自被子植物木兰类植物的叶子。

同时，我们还发现了可能来自双子叶植物叶片表皮毛细胞的毛基形状植硅体，这种类型植硅体仅见于叶片，进一步佐证了古鸟的叶食性。这一研究结果将早期鸟类的食谱类型精确到了被子植物分支木兰类植物的叶片，而热河鸟食谱秘密也就通过精美的植硅体发现展示给大众（图1）。

为了进一步验证植硅体分析结果，我们还利用形态计量和下颌骨骼几何形态的定量化分析等研究手段，结果显示了热河鸟的下颌几何形态分析结果类似于现生植食性鸟类，其在形态空间中的位置十分接近于生活在南美洲热带森林环境中以叶子为食的麝雉。可见，全面重建古鸟类食性的早期演化，为古鸟普遍植食性的树栖生态位置的转化提供了明确证据，这一研究结果于2023年7月28日发表在Nature Communications。

总结与展望

1.2亿年前古鸟化石胃容物中被子植物早期分支叶子植硅体的发现，不仅为早期鸟类叶食性起源提供直接证据，也为早期鸟类食性演化及其与被子植物演化之间的联系提供了全新的证据。

在此之前，植硅体分析在考古研究中的应用已经取得很多重要成果，特别在农业起源与传播研究中起到关键作用。这次是植硅体分析继应用于恐龙食谱之后，在中生代脊椎动物化石记录研究又一次重要突破，可见植硅体分析在脊椎动物与环境协同演化研究具有广阔应用潜力。

责任编辑

董 阳    中国科学院植物研究所

石 崇    中国科学院空天信息创新研究院

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00128-5

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第五期以News & Buzz发表的“Phytolith evidence reveals the origin of angiosperm leaf eating habits among ancient Cretaceous birds” (投稿: 2023-08-03；接收: 2023-08-13；在线刊出: 2023-08-16)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100500

引用格式：Wu Y., Li Z., Stidham T., et al. (2023). Phytolith evidence reveals the origin of angiosperm leaf eating habits among ancient Cretaceous birds. The Innovation. 4(5),100500.

作者简介

吴 妍，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所青年研究员，博士生导师。以植硅体分析为依托，探索人与古动物的食物结构以及早期农业活动和古环境变化。目前已在Nature Communications、National Science Review、Archaeological and Anthropological Sciences、Journal of Archaeological Science、中国科学、人类学学报等国内外期刊发表研究论文50余篇，研究成果为央视新闻、新华社、人民网、中新社、科技日报和AAAS等国内外媒体报道。曾获国家自然科学基金青年基金1 项、面上项目2项、国家社科基金重大项目子课题1项。作为团队骨干成员，参与国家重点研发计划，获得北京市科学技术奖1次，入选中国科学院青年创新促进会，现任中国科学技术史学会科技考古专业委员会副秘书长。

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The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球55个国家；已被136个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有196位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外；包含1位诺贝尔奖获得者，37位各国院士；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等数据库收录。2022年影响因子为32.1，CiteScore为23.6。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。

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