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面临“下课”的始祖鸟

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2011年08月16日14:20 来源:三联生活周刊  作者:曹玲

  给徐星打电话时,他正在新疆戈壁滩考察。信号很差,声音总是断断续续,但依然清楚地听到他兴奋地说:“这是改变始祖鸟位置的"最后一根稻草"。”

  徐星是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员,从事中生代恐龙化石及相关地层学的研究工作,先后在世界顶级学术期刊《自然》杂志上发表了几十篇文章,在鸟类起源研究方面颇有建树。

  被他称为压垮始祖鸟的“最后一根稻草”是他新近发现的“郑氏晓廷龙”。他告诉本刊记者,2009年,他在山东天宇自然博物馆考察时看到一块标本,“一眼就认出是新的带羽毛的恐龙”。最初他并没有特别兴奋,因为“新的恐龙标本已经发现多次,直到后来发现它会重建生命之树的时候才开始激动”。

  “生命树”是生物学研究的基础,在生物学中用来表示物种之间的演化关系,又称“演化树”、“系统树”。生物分类学家和进化论者根据各类生物间亲缘关系的远近,把各类生物安置在有分枝的树状图表上,简明地表示生物的演化历程和亲缘关系。在传统的进化树上,始祖鸟站在鸟类这一分支的最底端,被认为是鸟类的祖先。

始祖鸟复原图
始祖鸟复原图

  这一站就是150年。1861年,人们在德国索伦霍芬首次发现始祖鸟化石,此时正值达尔文《物种起源》出版两年。始祖鸟虽然具有很多爬行动物的特征,但已有了羽毛,骨骼形态也已在向鸟类过渡,这让它成了非常理想的演化过渡物种,立刻进入了维多利亚时代英国学者的争论中,并很快被公认为鸟类的祖先,写进人类的教科书,从此在全世界获得了极高的声誉。

  家喻户晓的始祖鸟指导了一个半世纪以来几乎所有关于鸟类起源的思想。已故美国耶鲁大学古生物学家约翰·奥斯特罗姆(JohnOstrom)是近代这一领域最有影响力的研究人员之一,他于1976年写了篇名为《始祖鸟和鸟类起源》的文章,文中写道:“鸟类起源这个问题可以等同于始祖鸟起源的问题。”

始祖鸟复原图
美国耶鲁大学古生物学家约翰·奥斯特罗姆

  始祖鸟可谓是最大牌的鸟,而徐星的论文则说:“始祖鸟不是鸟,是一种恐龙。”始祖鸟和恐龙并非毫无瓜葛,在它被发现后不久,就有德国科学家提出鸟类和恐龙的关系很接近。1868年,英国著名博物学家赫胥黎将“鸟类起源于恐龙”的说法发扬光大,但不知为何沉寂了近100年。直到1964年,奥斯特罗姆在蒙大拿州野外考察,在白垩纪地层中采得几具近乎完整的小型兽脚类恐龙骨骼。这一动物有一较长的前肢和手,有大的指爪;在后脚第二趾上有一大而尖锐弯曲的“杀伤爪”,于是被命名为“恐爪龙”。奥斯特罗姆发现,恐爪龙的解剖特征和始祖鸟惊人地相似,经过深入研究后,于1973年复兴了“鸟类起源于兽脚类恐龙”的假说。他说“恐龙并没有灭绝,而是以身披羽毛的形式生存着”。他还大胆推测,由于恐龙和鸟类的关系如此接近,至少在某些恐龙的身体上可能长有羽毛。

  他的猜测变成了现实。上世纪90年代,中国辽西热河地区发现了很多“带羽毛的恐龙”,比如“中华龙鸟”、“原始祖鸟”、尾羽龙、中国鸟龙、小盗龙、北票龙等等。在它们当中,有些羽毛已经和鸟羽非常相似,用“五颜六色”来形容一点也不过分。试想一下,这些长约1米左右的恐龙身披彩带腾空而起,是多么绚丽动人的场面。但是它们中也有很多不会飞翔。“最初的羽毛很可能是装饰、求偶用的,而不是用于飞翔。”徐星的同事、古鸟类专家周忠和研究员说。

  这些奇怪生物化石的发现,引发了一个问题:这些长着毛的生物,究竟是恐龙还是鸟?它的鸟类特性,比如有羽毛,叉骨、三根指头的手,这些特征都出现在不是鸟的恐龙中。“带羽毛的恐龙”打破了人们对“鸟”的定义,这从它们的名字就可见一斑,有的叫做“龙鸟”,有的叫做“鸟龙”。如今的生物学家只能凭借化石这仅有的依据,努力分析这些古老的过渡时期的生物究竟和哪边的亲缘关系更近一些。这些“带羽毛的恐龙”的发现,进一步动摇了始祖鸟在进化树上的位置。事实上,自1940年以来,就有人对始祖鸟的地位进行质疑。古生物学家格雷戈里·保罗(GregoryS.Paul)是这种观点最大声的倡导者,他将驰龙归于始祖鸟科的一个亚科,将始祖鸟从鸟中移出。人们开始怀疑,始祖鸟是否只是一个小型的、有羽毛的、长得像鸟的兽脚类恐龙?

  为了探寻到底是哪一类恐龙演化成了鸟类,以及最原始的鸟类是什么样的,古生物学界根据系统发育学理论,构建起了一棵“生命之树”。“每发现一种新化石,都会根据几百个特征参数的统计分析,为新物种在"生命之树"上定位。”徐星说。

始祖鸟复原图
郑氏晓廷龙化石(中科院古脊椎动物与古人类研究所提供)

  他此次发现的“郑氏晓廷龙”也属于“带羽毛的恐龙”,标本出土于我国辽西地区约1.6亿年前的沉积地层,属于侏罗纪晚期。这个小恐龙重约800克,和鸡一般大小的骨骼铺展在一块页岩上,周围是一圈羽毛的痕迹。虽然并非像始祖鸟标本那样清晰明显,但是它的骨骼凸起和羽毛沟槽使它变成了一个规则改变者。

  “这种恐龙在体态上和始祖鸟十分相近,有相似的头骨形状,肩胛带,长而健壮的前肢,相近的骨盆尺寸,脚上长着演化而来的高度可伸展的两趾结构。两种恐龙来自相同的科系始祖鸟科,我们的分析发现始祖鸟相较而言稍微原始一些。”徐星说,“早期鸟类和接近鸟类的恐龙已累积了89个物种,384个形态学参数,我们每次分析都会对所有物种进行比较,确定它们在生命树上的位置。”

  当他们把“郑氏晓廷龙”添加进“生命之树”后,再重新定位始祖鸟时,发现它的位置从原始鸟类移到了恐爪龙类。“恐龙下面有两个分支,一个是鸟类,一个是恐爪龙。原本始祖鸟站在恐龙变成鸟类的门槛上,现在始祖鸟站队到了恐爪龙一边,而恐爪龙的后代在6500万年前灭绝了,只有鸟的分支生存至今。”徐星说,“我们发现了越多的恐爪龙和早期鸟类,填补了进化的缺失环节,新增加的物种和特征会对演化关系产生影响。过去20年我们看始祖鸟更像鸟,但是现在我们发现它和恐龙的差距越来越小,更像是恐龙。”

  奥斯特罗姆从恐爪龙推断出鸟类起源于恐龙,但是他并没有想到,始祖鸟竟然是恐爪龙的祖先。始祖鸟如若地下有知,恐怕难免有些失落,它的后代并没有变成后来的鸟,自由地翱翔于蓝天,而是早就在恐龙大灭绝时代烟消云散了。

  那么,谁将有资格冠上“鸟类始祖”的称号呢?“几年前发现的胡氏耀龙和树栖龙,可能成为已知最原始和最古老的鸟类。”徐星说,“它们生活在1.6亿年前,目前是在内蒙古宁城道虎沟地区。”

  美国俄亥俄大学的古生物学解剖学专家劳伦斯·威默(LawrenceWitmer)支持徐星的结论,也同意“胡氏耀龙和树栖龙是最古老鸟类主要候选物种”这一观点。他说:“我们研究者用一个累赘而且看起来愚蠢的术语"非鸟类"来描述它们,但是在1.5亿年前这一群物种确实极端相似。”

  而周忠和则较为谨慎,他认为这篇文章是依据最新的化石证据和解释,提出了一种十分新颖的假说,必然会引起学界的很大关注。毫无疑问,中国发现的侏罗纪的带羽毛的化石对鸟类的起源研究产生的冲击是最大的,但是要真正动摇人们对于始祖鸟100多年来的看法,并成为学界普遍接受的观点,还需要大量后续的工作不断地检验。他告诉本刊记者:“这篇文章不是说始祖鸟不重要,它依然很重要,只是在那个过渡阶段,很多生物之间到底是什么关系,我们有了一个新的认识。”

  在他们眼里,争论是必然存在的。威默在《自然》杂志上撰文说:“从历史角度来看,即便我们需要在教科书中,在始祖鸟旁加上注脚:"已有的证据显示它已经不是最古老的鸟类",但是如果从鸟类的分支上移除始祖鸟,将会冲击古生物学群体很多年,关于这个问题的争论将会持续下去。”

  有时候关于鸟类起源的问题并非简单的是科学问题。比如2000年6月在北京召开的第5届国际古鸟类与进化会议,来自世界各地的百余名代表就“恐龙起源说”进行了争论。《自然》杂志的记者对会议评论道:“很多时候,大会看上去更像一场政治拳击赛。在会议快要结束时,两派的争论到了白热化的程度,积极的学术争论被很深的成见所阻。”在整个会议期间,持反对观点的科学家都带着写有“鸟类不是恐龙”(Birdsarenotdinosaurs)的黄色徽章。

  幸运的是,古生物学家并不悲观。“从根本上说,古生物学是一门非常求实的科学,研究者之间有时会存在对立的观点,这种情况有时是由于化石材料不充分引起的,有时则是因为使用了不恰当的解释方法或是由于系统分析中类群或特征选取的差异引起的。随着新材料的不断发现,新观点、新论述也将层出不穷,才会更进一步地接近真实。”周忠和说。

  只有真理才能越辩越明。始祖鸟作为开创达尔文演化论时代的象征,将继续成为这个故事的一部分。

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