Current controversy over the origin and early evolution of birds centres on whether or not they are derived from coelurosaurian theropod dinosaurs. Here we describe two theropods from the Upper Jurassic/Lower Cretaceous Chaomidianzi Formation of Liaoning province, China. Although both theropods have feathers, it is likely that neither was able to fly. Phylogenetic analysis indicates that they are both more primitive than the earliest known avialan (bird), Archaeopteryx. These new fossils represent stages in the evolution of birds from feathered, ground-living, bipedal dinosaurs.

Fossil evidence for changes in dinosaurs near the lineage leading to birds and the origin of flight has been sparse. A dinosaur from Mongolia represents the basal divergence within Dromaeosauridae. The taxon's small body size and phylogenetic position imply that extreme miniaturization was ancestral for Paraves (the clade including Avialae, Troodontidae, and Dromaeosauridae), phylogenetically earlier than where flight evolution is strongly inferred. In contrast to the sustained small body sizes among avialans throughout the Cretaceous Period, the two dinosaurian lineages most closely related to birds, dromaeosaurids and troodontids, underwent four independent events of gigantism, and in some lineages size increased by nearly three orders of magnitude. Thus, change in theropod body size leading to flight's origin was not unidirectional.

Abstract Myhrvold et al. 1 suggest that our inference of subaqueous foraging among spinosaurids 2 is undermined by selective bone sampling, inadequate statistical procedures, and use of inaccurate ecological categorizations. Myhrvold et al. 1 ignore major details of our analyses and results, and instead choose to portray our inferences as if they were based on qualitative interpretations of our plots, without providing additional analyses to support their claims. In this manuscript, we thoroughly discuss all the concerns exposed by Myhrvold et al. 1 . Additional analyses based on our original datasets 2 and novel data presented by Myhrvold et al. 1 do not change our original interpretations: while the spinosaurid dinosaurs Spinosaurus and Baryonyx are recovered as subaqueous foragers, Suchomimus is inferred as a non-diving animal.

Abstract Evolution of birds from non-flying theropod dinosaurs is a classic evolutionary transition, but a deeper understanding of early flight has been frustrated by disagreement on the relationships between birds (Avialae) and their closest theropod relatives. We address this through a larger, more resolved evolutionary hypothesis produced by a novel automated analysis pipeline tailored for large morphological datasets. We corroborate the grouping of dromaeosaurids + troodontids (Deinonychosauria) as the sister taxon to birds (Paraves), as well as the recovery of Anchiornithidae as basalmost avialans. Using these phylogenetic results and available data for vaned feathered paravians, maximum and minimum estimates of wing loading and specific lift calculated using ancestral state reconstruction analysis are used as proxies for the potential for powered flight through this transition. We found a broad range of paravian ancestors with estimates approaching values that are indicative of powered flight potential. This suggests that prior to the evolution of flight there was a wider extent of experimentation with wing-assisted locomotion among paravians than previously appreciated. We recovered wing loading and specific lift estimates indicating the potential for powered flight among fossil birds as well as unenlagiine and microraptorine dromaeosaurids. In the context of our phylogeny and of Mesozoic palaeogeography, our results suggest that the potential for powered flight originated three or more times from a broad range of ancestors already nearing this potential, providing a well-supported scenario for the origin of theropod flight to further explore.

Abstract How do large and unique brains evolve? Historically, comparative neuroanatomical studies have attributed the evolutionary genesis of highly encephalized brains to deviations along, as well as from, conserved scaling relationships among brain regions. However, the relative contributions of these concerted (integrated) and mosaic (modular) processes as drivers of brain evolution remain unclear, especially in non-mammalian groups. While proportional brain sizes have been the predominant metric used to characterize brain morphology to date, we perform a high-density geometric morphometric analysis on the encephalized brains of crown birds (Neornithes or Aves) compared to their stem taxa—the non-avialan coelurosaurian dinosaurs. When analyzed together with developmental neuroanatomical data of model archosaurs ( Gallus , Alligator ), crown birds exhibit a distinct allometric relationship that dictates their brain evolution and development. Furthermore, analyses by neuroanatomical regions reveal that the acquisition of this derived shape-to-size scaling relationship occurred in a mosaic pattern, where the ‘avian’-grade optic lobe and cerebellum evolved first among non-avialan dinosaurs, followed by major changes to the evolutionary and developmental dynamics of cerebrum shape after the origin of Avialae. Notably, the brain of crown birds is a more integrated structure than non-avialan archosaurs, implying that diversification of brain morphologies within Neornithes proceeded in a more coordinated manner, perhaps due to spatial constraints and abbreviated growth period. Collectively, these patterns demonstrate a plurality in evolutionary processes that generate encephalized brains in archosaurs and across vertebrates.