現代鳥類是恐龍現存的近親。如果你觀察不會飛的鳥類，例如用兩條腿直立行走的雞和鴕鳥，或者像鷹和隼這樣擁有鋒利爪子和敏銳視力的捕食者，你很難不注意到它們與小型獸腳類恐龍（比如因《侏羅紀公園》而出名的迅猛龍）的相似之處。

鳥類、爬蟲類和恐龍頭骨的比較。圖片來源：Alec Wilken、Casey Holiday

儘管如此，鳥類與爬蟲類祖先在幾個關鍵方面仍存在差異。其中一個重大的演化轉變是大腦的發育，這導致頭骨大小和形狀發生重大變化。3D 建模顯示，隨著鳥類大腦的增大，下顎肌肉和關節力學發生了變化，使現代鳥類能夠形成更靈活、更有效率的進食系統。

芝加哥大學和密蘇里大學的新研究揭示了這些變化如何影響鳥類的移動和使用喙的方式，這些機械適應性幫助它們在多樣化的環境中茁壯成長並進化成我們今天所見的各種各樣的鳥類。

鳥類頭骨動畫，展示肌肉力量。圖片來源：Alec Wilken、Casey Holiday「搖晃」頭骨的好處

現代鳥類以及蛇類和魚類等其他動物的頭骨上顎骨和腭骨並不像哺乳動物、海龜或非鳥類恐龍那樣堅硬且固定。芝加哥大學綜合生物學研究生、新研究的主要作者亞歷克·威爾肯(Alec Wilken) 將這種靈活的頭骨稱為「不斷搖擺」。他說，這種特性使得弄清楚各個部分如何協同工作變得更加困難。

「僅僅因為那裡有一個關節，並不意味著你知道它是如何運動的，」威爾肯說。 “所以，還必須考慮肌肉將如何拉動關節，它們有什麼樣的扭矩，以及頭部的其他關節如何限制活動性。”

威爾肯於2015 年加入該項目，當時他還是密蘇里大學的本科生。密蘇里大學病理學和解剖學副教授凱西·霍利迪博士獲得了美國國家科學基金會(NSF) 的資助，用於研究從恐龍到鳥類的轉變過程中頭骨、下顎肌肉和進食機制的變化，威爾肯也加入了他的實驗室提供幫助。

獸腳類恐龍頭骨動畫，展現肌肉力量。圖片來源：Alec Wilken、Casey Holiday

研究團隊首先對現代鳥類和鱷魚等相關爬行動物的各種化石和骨骼進行了CT 掃描。然後，他們利用這些影像中的數據，建立了3D 模型來計算頭骨和下顎骨的力學原理——肌肉的大小和位置、它們的運動以及它們如何相互配合的物理原理。

現代鳥類與其他動物之間的一個關鍵區別是它們具有所謂的「顱骨運動」：能夠獨立移動頭骨的不同部分。這讓鳥類擁有了進化優勢，因為它們可以擴大上顎來吃不同種類的食物，或將喙用作多功能工具。

「像這樣能擺動的頭部確實給它們帶來了很多進化優勢，」威爾肯說。例如，鸚鵡可以利用它們的喙來幫助攀爬；額外的扭矩可以幫助其他鳥類咬碎堅果和種子。 「在某些方面，喙就像一隻替代的手，但能夠在進食時移動上顎也是幫助它們獲取食物和生存的關鍵。”

當研究小組分析3D 模型的數據時，他們發現，隨著非鳥類獸腳類恐龍的大腦和頭骨尺寸增大，肌肉會移動到不同的位置，使腭骨分離並變得靈活。這些變化反過來又增加了肌肉力量，為大多數現代鳥類的頭部運動提供動力。

「我們看到了恐龍向鳥類轉變過程中發生的一系列變化，」霍利迪說。 “其中很大一部分取決於鳥類何時進化出相對較大的大腦。就像人類一樣，更大的大腦會導致頭骨發生很多變化。”

隨著古生物學家發現更多有關恐龍的細節，恐龍與現代鳥類之間的分界線變得模糊不清（是的，鳥類在技術上是恐龍，但我們在這裡說的是廣義的）。科學家過去認為羽毛是關鍵，但現在我們知道許多真正的恐龍也有羽毛。飛行也進化了不只一次，當然，許多著名的經典恐龍也能飛翔。

然而，靈活的頭骨和腭部出現的時間比始祖鳥等過渡型恐龍/鳥類生物晚，霍利迪認為這可能成為一個關鍵區別。 “頭部運動可能是現代鳥類與更像恐龍的鳥類祖先之間的明顯分界線之一。”

編譯自/ scitechdaily