演講嘉賓介紹

徐星：中國科學院院士，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員、所長，云南大學教授，遼寧古生物博物館館長，中國化石保護基金會專家委員主任。主要從事中生代陸相脊椎動物化石以及地層學研究，與合作者一起發現和命名了100多種四足動物新物種，包括80種恐龍新物種，發表文章300篇有余。其科研成果多次入選中國基礎科學研究十大新聞，中國十大科技進展新聞，以及美國《科學》（Science）雜志2014年度十大科學突破等。兩次榮獲中科院杰出科學成就獎，一次國家自然科學二等獎，并獲得過全國創新爭先獎狀，英國古生物學會理事長獎章以及發展中國家科學院地球天文學和空間科學獎。

有一種恐龍是全世界孩子們喜愛的“明星物種”：霸王龍T-REX，研究這些物種的學科就是古生物學，若擴大范圍則可統稱為演化生物學，這是一門很有趣、也很重要的學問。2005年《科學》期刊在創刊125年之際寫了一篇題為《人類需要解決的125個科學難題》的文章，其中就列舉了和恐龍相關的問題：恐龍為什么滅絕了？恐龍為什么都那么大？這充分說明了恐龍研究的科學性。

我個人喜歡研究恐龍的一個原因是可以深入自然：戈壁沙漠、高山深林，讓我感覺非常放松，與現代城市生活天差地別。既然我們人類祖先就在自然、叢林，甚至更嚴酷的環境中生存下來，我們的基因對大自然充滿留戀、熱愛之情。所以，每次我們去大自然中尋找并發現化石，都是非常美妙的體驗。對科學家來說，更重要的還在于享受科學發現的樂趣，無論是挖掘出新的化石，對化石做出新的解讀，還是加深對生命演化的認識，這就是科學研究工作最大的特點。

哪里有恐龍化石？

我們的科學家前輩曾說過，我們所有的成就都是建立在前人研究的基礎上，古生物學家也是如此，我們的地質學家前輩做了大量工作，告訴我們地球上哪個地方可能有恐龍化石。我們回到大自然中，探勘地球上裸露的巖石，自然中有很多不同時期形成、不同狀況形成的巖石，而如果要找到恐龍化石，我們的目標就是中生代時期的巖石，即2億多年前在陸地上形成的巖石，因為恐龍化石只存在于特定類型的巖石中。接下來，我們借助地質學家繪制出的地球表面地圖，根據圖上標志出的巖石類型、形成時間，確定工作的目標區域。

除此之外，也有其他的方式：當地人提供線索。有一位來自寧夏的考古研究員告訴我，當地一位放羊的村民在山坡上發現了疑似恐龍化石的骨骼，然后拿到北京檢查是不是恐龍化石，我們確認之后就立馬出發去到寧夏寧武，在山坡上搜尋半天，終于發現了一個巖石層位，最后確實發掘出恐龍化石。如今基于發現的恐龍化石，當地建立了一座恐龍博物館，我們還命名了在那里發現的恐龍：神奇靈武龍。

隨著科學技術的進步，我們還可以借助北斗系統、GPS數據、地質數據和計算機模型推測化石分布密集區域，找到區域之后，也不一定遍地都是化石。我們先要安營扎寨，約30年前，我們和中國龍王董枝明先生在蒙古國的戈壁沙漠地安營扎寨，搜尋恐龍化石，我們生活在小帳篷里，還要勇氣克服惡劣的自然環境，比如沙塵暴等等。

在搜索區域找到化石之后，我們要想辦法把化石采集起來，運回實驗室進行修理和研究。我們會把化石包裹進白色的石膏包里面，專業術語稱為皮套克，或者皮勞克。原理也很簡單，我們將麻袋片混合入石膏中，然后包裹在化石和巖石上面，就和骨折打石膏繃帶一樣，有助于固定、保護化石，保證安全送回實驗室。有時候化石很大的話，會封裝入箱子中，重量可能達到七八千公斤。

中國恐龍化石的發現

在荒無人煙的沙漠戈壁中，挖掘工作困難重重。我們和老一輩的恐龍研究者在中國和世界的大地上尋找各種各樣的恐龍化石，我國有很多恐龍產地，諸如新疆、甘肅、內蒙古、黑龍江、遼寧、山東、河南、浙江、江西、四川、云南。其中，新疆、內蒙古、黑龍江、山東、四川和云南是屬于盛產恐龍化石的省份，大概七八十年前起，這些省份就開始陸續發現恐龍化石，直至今日，我們稱之為“傳統恐龍強省”。而甘肅、遼寧、河南、浙江和江西，則是近二三十年中開始大量發現恐龍化石。我在遼寧工作了很長時間，三十多年前它在恐龍發現省份的排行中還是倒數，如今已經是發現最多的地方之一。

我們發現的化石包括恐龍骨骼化石，恐龍蛋化石，恐龍腳印化石，這些化石幫助我們了解了恐龍世界的方方面面。在化石發現過程中還發生過諸多有意思的小故事，例如在電視拍攝過程中意外發現了化石，在化石搜尋過程中差點把小命丟在那里……

《飛向藍天的恐龍》

我們語文課本上的這篇課文是我二十多年前寫的一篇科普文章，收錄到小學語文四年級課文中。這篇文章描述了恐龍世界中最有意思的事件之一，也是最為神奇的演化事件：恐龍如何從陸地飛入藍天。

這個故事要從一個理論說起：恐龍是人類的遠親。其實，不光是恐龍，鮮花、細菌也是人類的遠親。因為100多年前，英國科學家達爾文告訴我們整個生命世界，生物多樣性，包括今天生活在地球上一千多萬種不同的生物，細菌、鮮花、蘑菇、各種各樣的動物，統統來自于40億年前的一種生物。換言之，我們有一個共同的祖先，我們人類和其他生物都來自同一個大家族。所以，達爾文對人類社會的影響不亞于牛頓和愛因斯坦，不僅限于科學界，還影響著整個人類社會的思想。

在生命之樹、生物多樣性產生的過程中，產生了一個讓科學家非常感興趣的研究問題：我們熟悉的鳥類的最近親戚是什么？或者說，五彩斑斕的鳥類源自哪里？它最近的祖先是誰？

這一問題的研究歷史源遠流長。1868年，英國科學家赫胥黎提出了鳥類恐龍起源假說，他所依據的是相似性原則：生物越相似，它們的親緣關系越近。在此假設基礎上，我們才能進一步推測恐龍演化成了什么生物，又或者說鳥類源自哪一類動物。在生活中，DNA親子鑒定便是相似性原則的最佳實踐。

世界上最早的鳥類是始祖鳥，而有一種恐龍稱為美頜龍，這兩種生物之間共享許多非常相似的生物特征，都是兩條腿走路，運動的動作和姿態非常相似。所以，科學家通過分析研究各種各樣滅絕的動物和早期鳥類，堅信恐龍變成了鳥類，鳥類源自恐龍。需要強調的是，這里提出的相似性原則并非普通、簡單的相似性，而是特殊相似性。全世界科學家不僅在中國，在非洲、南美洲也發現了大量恐龍化石，提供了許多證據證明恐龍和鳥類是非常相似的兩類動物，可以聯系起來。

體型巨大的恐龍如何飛向藍天的？

我們對恐龍的第一印象一定是體型異常龐大的動物，這就是恐龍非常神奇的原因之一。到今天為止，很多科學家仍然在研究這個問題：恐龍為什么會長得這么大？如果我們按照現代生物的標準來理解恐龍，它們是無法生存下來的。以人類為例，如果一個人的體重達到四五百公斤，那這個人完全站不起來，只能躺在床上，而我們所知道的最重的恐龍可能達到100噸。

我國發現過一種恐龍，擁有修長的脖頸，名叫馬門溪龍，如果它們想飛向藍天，我們做過一個簡單的空氣動力學計算，結果表明，馬門溪龍需要展開面積為2.5萬平方米的翅膀，才有可能飛行。

那么，如果需要飛向藍天，它們首先需要縮小體型，這樣比長出更大的翅膀更容易演化。確實，科學家發現恐龍世界中并不是所有的恐龍都是巨型物種，也存在小型恐龍，蜷縮起來可能比人的手還小。那么，恐龍需要變得多小才能最終飛起來呢？

這就是一個科學問題，我們需要定義“小”，因為科學研究的一個特點就是必須要有精準的定義。“小”是一種定性的描述，需要轉化成定量的研究，才能進一步分析，具有可操作性，在實踐中實現出來。于是，有研究就發現，恐龍的一支支系在不到兩千萬年的時間內，體重從幾百公斤下降到幾百克。因此，科學家認為體重是幾百克的恐龍就算作是足夠小，有了飛向藍天的條件。

那么，緊接著就出現了下面一個問題：變成鳥類的恐龍支系體重為什么會下降了上千倍呢？這是屬于“為什么會發生”的一類科學問題。雖然我們目前還回答不了為什么的問題，但是我們能夠繼續前進，去理解恐龍如何演化出飛行能力的。至少我們知道了一個事實前提：恐龍體型確實變小了。

除了體型變小，還需要其他條件才能實現飛行，我們知道鳥類飛行是因為它們長有羽翼。那么，我們可以追問：恐龍有羽翼嗎？如果我們看傳統的恐龍復原圖，會發現恐龍沒有羽翼，它們身上長滿了鱗片和骨甲，就和典型的爬行動物一樣，這些都來自于保存了骨甲、鱗片等皮膚系統的恐龍化石證據。

然而，既然鳥類源自恐龍已經成為了非常堅實的科學理論，而所有科學理論都有一個特點：預測能力。那么，我們就能夠預測，至少似鳥的恐龍，或者與鳥類親緣關系最近的恐龍應該長有羽毛。上世紀60年代，阿根廷古生物學家Jose Fernando Bonaparte在拍攝的一部紀錄片中，明確提出似鳥恐龍體披羽毛。

但科學是基于證據的人類活動，很長一段時間內，古生物學家都在尋找相關證據。1996年，我國遼西地區發現了世界上第一個帶羽毛的恐龍化石，就是原始中華鳥龍（Sinosauropteryx prima）。化石保留了完整的恐龍骨架，周邊有一圈黑色的，類似于毛發的結構，我們把它叫做原始羽毛。該發現引發了巨大轟動，但也遭到了質疑，于是我們就需要發現更多的證據來證明。1997年冬天，我們去到遼寧，急迫地加入發現帶羽毛的恐龍化石行列。

我們很幸運地在那里做出了一系列有趣的發現，其中就有一塊破碎的標本——北票龍（Beipiaosaurus），可以算是錦上添花的科學發現，讓理論越來越堅實。這一發現背后還有一段非常有趣的小故事，這塊化石出現在我們野外挖掘的最后一天，后來我回憶自己幾十年來參加的野外恐龍化石發掘之旅，發現那些重要的化石往往都是在野外工作快要結束的時候才發現。不僅僅是我們，其他研究團隊也有過類似的經歷，我們稱之為“最后一天”的運氣——化石發現法則之一。

1998年夏天，我們再次奔赴遼寧，“最后一天”運氣法則再次發揮作用，我們找到了中國鳥龍化石。這一化石對我們理解恐龍飛向藍天至關重要，因為這是一種會拍打翅膀的恐龍。它身上有羽毛，通過骨骼結構分析，我們還發現它會拍打翅膀，讓我們對恐龍演化出飛行能力有了更進一步的認識。

雖然恐龍有能拍打的羽翼，但卻不一定會飛，所以需要繼續尋找恐龍能夠飛向藍天的證據。時間到了2000年，我們非常幸運地找到了另一個恐龍化石，這可謂是雪中送炭的科學發現。我們將發現的恐龍命名為小盜龍，是揭秘恐龍飛向藍天的關鍵物種。

在揭開恐龍飛行之謎前，我們需要先了解一下鳥類飛行的大背景，傳統觀念上，飛行可以通過若干途徑產生，其中一種就是利用重力，從樹上起飛，這種方式相對容易些，是在大自然中常見的現象，因為會飛行、會滑翔的動物往往喜歡在高處，喜歡在樹上。而恐龍是生活在地面上的生物，所以按照演繹推理，恐龍從陸地轉向天空的演化過程應該是從地面開始。然而，我們發現的小盜龍不同于其他恐龍，它身體上有一些特殊的生理特征，例如它腳上的爪子非常彎曲，類似于生活在樹上的鳥類爪子，而生活在地面上的鳥類爪子則更為平直。所以，腳趾長度比例和爪子彎曲度表明小盜龍可能生活在樹上，也說明并不是所有恐龍都生活在地面上。

由此，我們可以描述出以這樣一幅龐大的生活圖景：大部分恐龍生活在地面上，而一小部分恐龍則生活在樹上，在樹上生活的過程中演化出來了飛行能力，最終變成了鳥類。當我們進一步觀察小盜龍化石更多細節的時候，我們獲得了更加驚人的新信息，小盜龍身上長有高度不對稱的羽毛。當我們觀察現代鳥類的時候，我們發現飛行能力越強的鳥類，它的羽毛越不對稱。如此類比，小盜龍不對稱的羽毛證明了自己的飛行能力。而且這些飛羽不僅長在翅膀上，還長在了腳上。小盜龍復原圖顯示這是一種會飛的四翼恐龍。我們由此獲得了一個意義重大的科學發現，因為大家當時都不認為恐龍世界中存在會飛的四翼恐龍。

然而，科學發現并不簡單，當我們在研究小盜龍化石的時候，其他科學家團隊也在研究類似的化石，2002年有兩個團隊率先發表了有關新小盜龍化石的研究論文，他們得出了完全不同的結論，其中一個團隊認為小盜龍腳上沒有飛羽，而另一個則認為小盜龍腳上的飛羽是對稱的。他們什么會做出這樣的結論，這與思維固化相關。前一個團隊非常熟悉現代鳥類，由于現代鳥類腳上沒有飛羽，所以他們推測小盜龍腿上出現的飛羽一定是化石形成的時候沖過來的，不是真實現象。而后一個團隊是世界上非常知名的恐龍專家團隊，在恐龍研究者的觀念中，恐龍既然生活在地面上，就不應該會飛，所以不應該在恐龍化石中看到不對稱的羽毛，他們因此將化石中的羽毛看成對稱羽毛。

所以，2003年，我們在《自然》期刊上發表論文，宣布小盜龍長有不對稱的飛羽，而且腳上也長著飛羽，屬于四翼恐龍的一種奇特恐龍，最終幫助恐龍在藍天中翱翔。然而，科學總是在爭論中前行，尤其是全新的重大發現，并不會一下子就得到學界所有人的承認。我們也是如此，著名學者加州大學伯克利分銷Kevin Padian教授等人也對我們的發現提出了質疑和批判，他認為小盜龍沒有四翼，即使有，可能也與飛行起源沒有關系。所以，我們必須要找到更多的證據來解決這些爭議。

在隨后的十幾年中，我們又尋找到了更多四翼恐龍，比如足羽龍、近鳥龍，甚至早期四翼鳥類的化石。所以，我們今天可以很確定地說，從恐龍向鳥類的演化過程中，經歷了一個四翼階段，不僅僅是小盜龍，還有其他一些物種都長有四個翅膀。

這些研究回答了恐龍長出四個翅膀的事實，接下來我們就要回答恐龍如何使用這四個翅膀的問題，有些人認為腳上的羽毛可能僅是裝飾作用，所以我們需要進一步的研究。在麻省理工，科學家把小盜龍做成物理模型，放在測試飛行器的風洞中，通過這樣一個實驗，得出結論，小盜龍以一種不常見的方式飛行，它們的方式與控制飛行和安全降落關系緊密。對早期飛向藍天的恐龍來說，高度并不是最重要的，安全飛行更為關鍵。

另外，清華大學的趙景山團隊使用機器人方法來測試小盜龍的飛行能力。方法很簡單：先制作出小盜龍機器恐龍，然后研究人員把機器龍扔向空中，它確實飛了起來。

簡單總結一下，大多數恐龍生活在地面上，其中有一部分轉移到樹上生活，演化出四個翅膀以及飛行能力，后來后翼逐漸退化，最終演化出我們現在的鳥類。這一過程得到了不少古生物學家的承認，也有學者仍抱有質疑。在諸多科學家的努力下，經過二三十年孜孜不倦的研究，讓我們更加準確、深刻地認識了恐龍演化成鳥類的過程。2014年《科學》期刊將鳥類起源研究納入當年世界十大科學突破。

科學研究永無止境，我們總會遇到新問題。2015年，我們發現了一塊可以算是顛覆了我們認知的化石：奇翼龍。我們在仔細看化石的時候，看到了一塊奇特的棒狀結構骨頭。我研究了幾十年的恐龍，可以說是熟悉恐龍身上的每一塊骨頭，但我完全不認識這塊骨頭。我們花了很長時間研究，后來我們團隊的一位成員發現，這塊骨頭非常類似于飛鼠這種哺乳動物身上的一塊骨頭。飛鼠一種會滑翔的動物，它長有皮膜翼，其中的一個組成部分就是它手腕上這塊彎曲的長骨頭，支撐它形成皮膜翼，而恐龍身上也出現了相似的結構。經復原，我們發現恐龍也有可能像飛鼠一樣，長著皮膜翼，這一顛覆性發現拓寬了恐龍演化出飛行能力的演化線路，也說明了生命演化永遠不是簡單的單一線性，而是一段非常復雜的過程。在恐龍轉向藍天的最早期階段，最先出現的是長有類似于蝙蝠翅膀的恐龍，后來在演化中消失了，出現了以小盜龍為代表的四翼恐龍，直至鳥類的最終出現。

各種化石發現不僅告訴我們恐龍會飛行，還告訴我們它們的飛行方式完全不一樣。在我們的認知不斷進步的基礎上，產生了另一個問題：如果小盜龍和鳥類非常相像，那么根據相似性原則，小盜龍與鳥類的親緣關系應該更親近。但如果我們熟悉恐龍分類的話，就知道恐龍家族分為三大類：鳥臀類恐龍，如三角龍；蜥腳類恐龍，如馬門溪龍；以及獸腳類恐龍，如小盜龍，那么鳥類就不是恐龍。但小盜龍和鳥類的親緣關系更近，我們就應該將小盜龍和鳥類納入同一家族中，鳥類就是恐龍。也就是說，如今地球上生活著的11000種鳥類都是恐龍，也就說有11000種恐龍生活在我們周圍。背后就蘊含著科學家對物種歸屬和分類的不同劃分，不同科學家做出了各自的選擇。

帶羽毛恐龍化石的研究為人類知識體系的建設做出了重要貢獻，我們的自然科學工作者未來需要做出更多的貢獻，也希望更多的年輕學生有志加入科學發現的隊伍，一起做出貢獻。

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