探索恐龙演化为鸟类的奥秘

作者:陈晨/科学时报  进化轨迹：从恐龙到鸟类。

探索恐龙演化为鸟类的奥秘。恐龙向鸟类演化过程中，不同恐龙类群具有不同的特征演化模式和潜在的发育机制，表明了鸟类特征演化的复杂性。

　2007年，国家杰出青年科学基金获得者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星发表在《自然》杂志上的文章《中国内蒙古二连盆地发现巨型似鸟恐龙化石》及其研究成果，与“干细胞研究获得突破”、“首次完整破译人类个体基因组”等被美国《时代》杂志列为“2007年度十大科学发现”。这十大科学发现中，4项来自英国，2项来自美国，2项来自国际合作团队，1项来自中国，1项来自日本。这项来自中国的科学发现的意义在于：证明了恐龙向鸟类演化过程中，不同恐龙类群具有不同的特征演化模式和潜在的发育机制，表明了鸟类特征演化的复杂性。实际上，徐星对于鸟类进化相关研究的推动不仅仅是发现二连巨盗龙而已。

　　进化轨迹：从恐龙到鸟类

　　恐龙大约出现在三叠纪中期，到侏罗纪和白垩纪时期非常繁荣，但到白垩纪末期突然从地球上全部消失，它们在地球上大约繁衍了1.6亿到1.7亿年。恐龙曾经在一个遥远的年代“称王称霸”，而我们现在只能从恐龙化石中探寻恐龙的奥秘。在长达1.6亿到1.7亿年的漫长的恐龙演化历史中，发生了一系列重要演化事件，其中最重要的是鸟类的起源。

　　从上世纪90年代起，徐星就开始关注与鸟类起源有关的恐龙演化进程。他的研究工作最早在云南展开，紧接着他对辽宁西部白垩纪早期地层中发现的带羽毛的恐龙化石进行深入研究，并一直持续到现在。

　　虽然辽宁产出了大量化石，为鸟类起源研究提供了大量信息，但徐星还是希望能够把研究工作开展得更全面一些。2001年起，徐星得到了国家杰出青年科学基金的资助，这使他有条件把研究扩展到新疆的中晚侏罗世和内蒙古的晚白垩世等更广泛的地理区域和地质时代。在此期间，徐星课题组取得了大量成果，在《自然》杂志上就发表文章十余篇。

　　2004年，徐星率领的课题组在内蒙古二连盆地晚白垩世二连组地层中发现一具巨型兽脚类恐龙化石骨架。经过两年多的研究，最终确认这一标本是当今已知的世界上最大的窃蛋龙类恐龙，它的发现为恐龙大型化研究和鸟类特征演化研究提供了重要信息，显示了恐龙大型化和鸟类特征演化过程的复杂性。

　　二连巨盗龙最重要的科学意义在于丰富了人们对恐龙向鸟类演化过程的理解。以往的研究表明，恐龙体型的大小与鸟类特征的演化具有明显的相关性。一般而言，小型恐龙很像鸟，当恐龙体型变大后，许多似鸟特征往往会消失。但二连巨盗龙所具有的鸟类特征比其他小型窃蛋龙还要多，这违背了我们以前认识的规律。但正是二连巨盗龙的发现，说明在向鸟类演化的过程中，不同恐龙类群的特征演化模式和潜在的发育机制是不同的，表明了鸟类特征演化的复杂性。

　　研究方法：从定性到定量

　　传统的古脊椎动物学被称为描述性科学，它以定性研究为主，对脊椎动物化石的形态学特征进行描述，分析重要特征的演化意义，进而推论不同物种之间的祖裔关系。徐星指出，这种研究往往依赖于研究者的经验，不同学者经常会有不同的判定标准，研究结论主观色彩过于强烈，权威学者的个人影响对于整个学科的影响较大，而且研究结论的可预测性和可检验性有欠缺，不符合现代科学的要求。

　　在过去几十年里，古脊椎动物学的方法学有很多变化，最根本的变化就是由定性转向了定量。

　　现代古脊椎动物学则采用定量方法，对研究对象的数据采集工作量一般要大于传统方法；更为重要的是，现代的古脊椎动物学倾向于采用多种方法和手段全面了解一个物种，从而得出更全面、更准确并经得起反复验证的结论。

　　徐星介绍说：“我们对于二连巨盗龙的研究就采用了包括分支系统学的研究方法在内的多种定量手段，从而得出了较为可信的结论。而分支系统学是一种把形态特征数据化，用定量方法推测物种之间演化关系的方法。”

　　“在现代古脊椎动物学研究中，定量方法不仅运用于推论物种在进化树上的位置，还运用于研究对象的发育学问题。比如，传统方法依据恐龙化石的骨骼愈合特征，粗略地将恐龙发育划分为胚胎期、婴儿期、幼年期和成年期；而现在通过骨组织学方法，能够定量和精细地分析恐龙的发育阶段以及生长快慢等情况。在研究二连巨盗龙的过程中，我们运用骨组织切片方法，通过对二连巨盗龙骨骼微观特征的分析，获得了有关二连巨盗龙生存寿命、发育阶段和生长策略等多方面较为详尽的信息。”徐星进一步介绍说。

　　大力推动在常规分类学论文中采用多方法和多手段，这样一个尝试得到了国内外同行的赞赏。《自然》杂志一位匿名审稿人在评审徐星的论文时，就认为他们倡导的在常规的分类学论文中运用组织学等多种方法手段的尝试，应该成为未来研究论文普遍采用的模式。

　　技术手段：从古老到现代

　　现代古脊椎动物学的研究还得益于现代科学技术的发展，一些新的技术发展大大丰富了人们对化石物种的认识。

　　“例如，CT断层扫描技术能为研究者提供肉眼无法辨别的恐龙化石内部的结构信息，观察到我们用常规手段观察不到的信息。比如，我们可以通过CT断层扫描技术，复原恐龙的脑颅结构，研究恐龙的运动方式等方面的问题。通过CT断层扫描技术提供的信息，我们可以发现不同支系的大型恐龙趋同地演化出的相似的结构，总结出恐龙大型化过程中的一些规律。”徐星说道。

　　“除了断层扫描还有表面扫描，在不破坏化石表面形态情况下，获得大量的相关数据，进而建立起仿真模型，用动画形式还原恐龙的形态甚至是运动方式。英国学者在这方面就作出了有益的尝试。

　　“另外，古脊椎动物学与现代生物学特别是发育生物学的联系日趋紧密。过去，进化问题的研究主要依赖于古生物资料（化石）和形态学资料。但是，随着分子生物学的迅猛发展，现在已经有大量的学者在分子水平、细胞水平和胚胎水平研究进化问题，关于颌与四肢起源和演化进程的研究就取得了许多重要进展。我们现在也希望能够把与鸟类起源有关的研究与发育生物学结合起来，从而全面地了解这一进化过程。

　　“丰富的古生物化石标本，是中国学者进行这一领域研究的最大优势，相信随着多种新的技术手段在古脊椎动物学中的应用，我国古生物研究的总体水平和影响力还会显著提高，从而由一个古生物研究大国成为古生物研究强国，而人类对远古生命演化的认识也将更加准确和深入。”