非対称の羽のバーブジオメトリは、鳥類の飛行の進化における移行の形態を明らかにしています

羽の棒（バーブの長さとバーブ角度）のジオメトリは、フェザーの非対称性とベーンの剛性を決定します。これらはどちらも羽の空力性能にとって重要です。ここでは、現代の鳥類の多様性（微生物系、Sapeornis、confuisornis、eNantiornithine eopengornis）以外の中生代分類群から、現代の鳥の豊富なサンプルまで、非対称の飛行羽の進化の歴史にわたるバーブの幾何学と空力の関数との関係について説明します。以前の仮定とは反対に、バーブの角度はヴァーン幅の非対称性とは関係がないことがわかります。代わりに、バーブの角度はベーン関数によって異なりますが、バーブの長さの変動はベーンの非対称性を決定します。Barbの幾何学は、飛行羽の羽根の機能的に異なる部分で大きく異なることを実証し、最先端の先頭の羽根は、小さなバーブ角を特徴とする形態空間の明確な領域を占めることを実証します。この最先端のヴァーンの形態は、現代の鳥と中生代の茎の鳥の系統発生的および機能的に多様なサンプル全体で遍在しており、ジュラ紀後期から持続した基本的な空力適応を明らかにしています。しかし、OrnithuraeとEnantiornithesの中生代の分類群の幹では、後続のVane Barb Geometryは現代の鳥のそれとはっきりと異なります。現代の鳥とエナンティオリチンの両方で、トレーリングベーンは、小さな後続のヴァーンの角を示すArcheopteryxのような比較的幹の分類群よりも大きなバーブ角度を持っています。この発見は、飛行羽の形態における以前に認識されていなかった進化的移行を明らかにしています。これは、ArcheopteryxやMicroraptorなどの初期の羽の獣脚類の飛行能力に重要な意味を持ちます。私たちの調査結果は、完全に近代的な鳥の飛行の羽、そしておそらく動力のある飛行のための近代的な能力が、非対称の飛行羽の起源のずっと後、以前に認識されていたよりもはるかに遅れて、孔子の王冠を進化させたことを示唆しています。

The geometry of feather barbs (barb length and barb angle) determines feather vane asymmetry and vane rigidity, which are both critical to a feather's aerodynamic performance. Here, we describe the relationship between barb geometry and aerodynamic function across the evolutionary history of asymmetrical flight feathers, from Mesozoic taxa outside of modern avian diversity (Microraptor, Archaeopteryx, Sapeornis, Confuciusornis and the enantiornithine Eopengornis) to an extensive sample of modern birds. Contrary to previous assumptions, we find that barb angle is not related to vane-width asymmetry; instead barb angle varies with vane function, whereas barb length variation determines vane asymmetry. We demonstrate that barb geometry significantly differs among functionally distinct portions of flight feather vanes, and that cutting-edge leading vanes occupy a distinct region of morphospace characterized by small barb angles. This cutting-edge vane morphology is ubiquitous across a phylogenetically and functionally diverse sample of modern birds and Mesozoic stem birds, revealing a fundamental aerodynamic adaptation that has persisted from the Late Jurassic. However, in Mesozoic taxa stemward of Ornithurae and Enantiornithes, trailing vane barb geometry is distinctly different from that of modern birds. In both modern birds and enantiornithines, trailing vanes have larger barb angles than in comparatively stemward taxa like Archaeopteryx, which exhibit small trailing vane barb angles. This discovery reveals a previously unrecognized evolutionary transition in flight feather morphology, which has important implications for the flight capacity of early feathered theropods such as Archaeopteryx and Microraptor. Our findings suggest that the fully modern avian flight feather, and possibly a modern capacity for powered flight, evolved crownward of Confuciusornis, long after the origin of asymmetrical flight feathers, and much later than previously recognized.