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羽毛恐龙化石在中国辽宁省等地发现,在过去的20年里逐渐拼凑出鸟类的进化故事。可以说,鸟类是经过几千万年漫长的马拉松,最终取得胜利和繁荣的恐龙。
2014年11月的一个寒冷的早晨,天亮还早,我穿过北京车站的人群,努力登上拥挤的火车。我要去辽宁省锦州市,那是中国东北边境的城市,和芝加哥一样大。火车经过许多水泥厂和雾蒙蒙的玉米田。我想趁机补眠,但我太兴奋了,睡不着。据说有一件惊人的事情在目的地等着我,是一个农民在收割作物时意外发现的神秘化石。
四个小时后,我踏上锦州车站的月台,跟着吕君昌。他是北京中国地质科学院著名的恐龙猎人。他请我帮忙研究化石。几位当地显要人物前来欢迎,很快就把我们带到了城郊的锦州博物馆,那是一座看上去摇摇欲坠的建筑。我们似乎即将迎来一场政治峰会。一群人沿着走廊带着严肃的气氛前行,最后转向厢房,里面有一块石板放在一张小桌子上。就在这时,我发现自己面对面地盯着一块我一生中唯一看到的最美丽的化石,那是一对约莫猴子大小的骨头。周围的灰色石灰岩与巧克力棕色骨头形成鲜明对比。
这显然是一只恐龙,牙齿像牛排刀,有尖爪和长尾,无疑是电影《侏罗纪公园》中凶猛的小偷(Velociraptor)近亲,但这个标本在很多方面与普通恐龙有显著的不同。它的骨头轻盈中空,脚像鹤脚一样细长,全身覆盖着各种羽毛,包括它的手臂,就像插入许多大鹅毛笔,一个接一个地堆叠成翅膀。这只恐龙显然与鸟类非常相似。
大约一年后,我和吕君昌把这副骨头描述成新种,命名为振元龙属。在过去的20年里,辽宁挖掘了许多羽毛恐龙,这是最新的;这一系列惊人的化石就像翻页动画,描述了过去的怪物恐龙如何变成今天的鸟类。
这些化石意义重大。自达尔文(Charles Darwin)一开始,科学家们一直想知道如何创造一个完全不同的新动物群。它发生得很快吗?它源于偶然的怪异突变,从此把一种陆生动物变成了天空的主宰?还是这些新群体发展缓慢,生物能够适应变化的环境,需要几百万年的时间?从辽宁和其他地方发现的振元龙和化石,逐渐解决了这个永恒的谜题。
化石过渡阶段
鸟类有许多不同于其他现生动物的特征。除了一些有助于飞行的特征外,它们的新陈代谢也很快,所以它们生长得很快,增大的大脑也给鸟类带来了高度的智力和敏锐的感官。事实上,由于鸟类的独特性,研究人员长期以来一直对它们的起源感到困惑。
20世纪60年代,英国生物学家赫胥黎(Thomas Henry Huxley)开始澄清鸟类起源的谜。他是达尔文最好的朋友之一,也是他最热切的支持者;1859年达尔文出版《物种起源》几年后,德国巴伐利亚的采石工人噼啪作响,发现有1.5万年前的骨头,就像科学怪物制造的怪物一样。它有类似爬行类的爪子和长尾,但羽毛和翅膀像鸟。赫胥黎把它命名为「始祖鸟」(Archaeopteryx),并发现它属于细颚龙(Compsognathus)小型食肉恐龙有着不可思议的相似性;细颚龙也在同一时期亮相。于是他提出了一个激进的想法:鸟是恐龙的后代。其他人不同意,这场争议在正反两端来回摆荡了100年。
像往常一样,随着新化石的发现,这个问题的答案终于落定了。20世纪60年代中期,耶鲁大学的古生物学家欧斯壮(John Ostrom)在北美西部挖掘出惊人的鸟类恐龙「恐爪龙属」(Deinonychus),它的长臂几乎像翅膀,轻骨也表明它是一种充满活力的动物。欧斯壮猜测恐爪龙甚至有羽毛。毕竟,如果鸟类是从恐龙进化而来的(许多古生物学家逐渐接受了这一观点),羽毛必须在进化系谱树的某个分支发育。但欧斯壮不确定,因为不幸的是,他手里只有这种动物的骨头。经过死亡、分解和埋葬的破坏,羽毛等柔软的结构很少留下来成为化石。
欧斯壮在等待,继续寻找真正能把鸟和恐龙联系起来,打破一切怀疑的圣杯,即保持精细结构的恐龙骨,足以证明有羽毛。1996年,欧斯壮的研究生涯即将结束。他去纽约参加脊椎动物古生物学学会年会,遇到了柯里,他目前在加拿大亚伯达大学工作(Philip Currie)来和他说话。柯里一直在研究鸟类恐龙。当时他刚去中国回来。他听到风声说那里有一种非常特殊的化石。他拿出照片给欧斯壮看。照片中,一只小恐龙周围有一圈羽绒,因为它被火山灰迅速掩埋而被完美保存,就像意大利庞贝城一样。欧斯壮哭了,终于有人找到了他的羽毛恐龙。
柯里给欧斯壮看的化石后来被命名为中国龙鸟属,于是他打开了发现的大门。科学家们冲到辽宁的发现地,就像淘金客一样,但只有当地农民知道该去哪里找。发现中国龙鸟20年后,化石猎人从辽宁发现了20多种羽毛恐龙,包括头发细毛,9米长的霸王龙原始亲戚,简单的羽毛像豪猪,大小像狗草动物,甚至翅膀完整,大小像乌鸦滑翔动物。它们都是世界上最著名的化石。
辽宁的羽毛恐龙化石证实了一件事:鸟类确实是从恐龙演变而来的
但这种陈述可能被怀疑是误导性的,因为它让人们觉得它们属于完全不同的群体。事实上,鸟类是恐龙,它们是恐龙多种类群之一,可以追溯到所有恐龙的共同祖先,所以鸟类就像三角龙(Triceratops)或雷龙属(Brontosaurus)同样是真正的恐龙。你可以这样想:鸟与恐龙的关系,就像蝙蝠是会飞的特殊哺乳类一样。
辽宁化石还帮助解开鸟类进化分类的谜团,显示它们生活在恐龙系谱树的位置。鸟属于兽足类,同类群还包括凶猛的食肉巨兽,如霸王龙、异特龙属(Allosaurus)和棘龙属。然而,最近与鸟类接触的是动物和足球中相对娇小、聪明、聪明的次要群体,包括小偷龙、欧斯壮发现的恐爪龙和非常像鸟的振元龙,也就是我和吕俊昌描述的锦州恐龙。鸟类和非鸟类之间存在着这些有羽毛的物种之间的界限。
如今,辽宁和其他地方已经发现了许多有羽毛的恐龙化石。结合这些记录,我们可以详细观察一个重要的进化变化。我和其他科学家正在利用尖端技术研究这些化石,包括通过计算机断层扫描呈现解剖结构、计算分析建立系谱树、为这些动物的移动建立计算机模型、跟踪进化如何产生新物种和改变身体结构。最近,从这些研究中获得的深刻理解使我们能够完全拼凑恐龙成为鸟类的故事;这也成为最基本的证据,可以回答「如何产生关键的新类群?」这个陈年问题。
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