应用高分辨率CT以及增强CT对晚中新世鸟类动物群的研究

Neogene terrestrial deposits of China are quite complete stratigraphically with many exceptionally preserved mammalian fossils accompanied with bird materials. Early Miocene birds from China that are sparsely distributed show big morphological differences in genus level from living taxa. After the Middle Miocene Climatic Optimum, distribution and taxonomy of birds start to shape in juvenile state of modern avian fauna. The recent discovery of bird materials from both Linxia basin and Zhaotong basin provide a unique window to track the changes and evolution of avian biogeography in Neogene. A comprehensive investigation of birds from these unique sites can provide essential information on biodiversity and climate changes in East Asia. Detail morphology and systematics of these birds from the two regions can be informative in revealing the early establishment of modern avian fauna in north and south China. High resolution X-ray Computed Tomography (CT) and contrast-enhanced CT scans of the exceptional preserved skulls of galliforme and anseriform species as well as extant relatives, will be used to reconstruct the “Ancient bird brain”. By comparison of the brain shape from living relatives with respective ecological correlations for different species, inference of paleoecology of the fossil birds can be made using phylogenetic comparative approach. Meanwhile, CT scanning and experimental parameters and facilities for optimizing their application on paleontological studies can be valuable and applied to other similar research.

我国新生代陆相地层发育完好，哺乳动物化石资源丰富，并常伴生有鸟类化石。中新世早期的鸟类化石分布较为零散，并且与现代冠类群在属一级别形态差异较大。中中新世气候适宜期之后，类似于现代鸟类种群和地理分布开始建立起来。而最近在和政与昭通发现的晚中新世的化石材料，为研究现代鸟类的区系地理的形成和演化提供了一个独特的窗口。鸟类动物群的系统研究和重建对理解动物古地理和古环境都有重要意义。本研究计划利用CT扫描对临夏和昭通盆地所发现的鸟类化石进行全面的形态学研究，重点包括（1）通过对相似种的精细对比来确定两个动物群之间的联系；（2）对雉鸡类以及雁鸭类头骨化石和相近现生种进行高精度CT以及增强CT的扫描，来重建这些鸟类内颅的三维形态。对化石大脑和现生种类，运用比较发育系统学方法对大脑形态以及生态数据进行分析，为它们的生态行为和形态特征演化提供假说；（3）对比不同CT实验参数和成像效果，为技术改进提供建议。

本项目针对我国西北地区的临夏盆地以及西南昭通地区新发现的新生代鸟类化石进行了系统的野外采集、整理和室内研究工作。系统分类学研究发现这两个产地的鸟类化石面貌显示出不同的种类和生态组合，大体反应出类似现代古北界和新东界的鸟类区系地理的差异。临夏盆地产出的鸟类主要包括鹫类、隼类、鵟类、鸵鸟，鸱鸮，沙鸡和雉类等适合于开阔山地、干草原、阔叶林等环境下的化石组合，部分鸟类化石类似于非洲草原的种属，并显著区别于云南昭通地区产出的以亚热带雁鸭以及潜水鸟类为主的生态组合，如鸬鹚、蛇鹈、潜鸭、和鹈鹕等化石种类。这些新的化石发现为我国新生代晚期鸟类的生物地理分区和生态分化提供了直接证据，同时也为中新世以来我国古北界和新东界的鸟类区系地理的形成提供了时间限定。在大量的化石和现代鸟类的数据采集过程中，本项目联合利用了多种分析方法，如扫描电镜、透射电镜、高精度X-射线断层扫描、以及增强CT断层扫描等，不仅从宏观形态学上对化石和现代鸟类标本进行了特征分析，也从微观层面对部分化石进行了组织学分析。多种高分辨成像技术和元素分析手段的应用，使得研究精度提高到微-纳米尺度，为我们获取化石微结构、埋藏和成岩过程的信息提供了依据。在对临夏地区多个地点的鸟类古生态的初步恢复中，根据化石围岩的岩性及所处的时间框架，识别出晚中新世古环境从湿润转向干旱的大体趋势，并反映出中亚干草原扩张等生态因素对鸟类演化的影响。另外，综合鸟类化石和古环境证据，发现我国新生代冠群鸟类的分化、迁徙等方面受到青藏高原持续抬升和季风加强的持续影响。季风的加强很可能促进鸟类的季节性迁移行为的产生，如多种鸟类跨高原的迁徙方式的起源，而进一步有效的结合古生物、古环境和地质构造演化模式等多方面的证据，可以加深我们对关键地质历史时期生物-环境协同演化的认识。

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