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我们为什么要研究恐龙?

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本文来自微信公众号:SELF格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:邢立达,中国地质大学(北京)副教授,题图来自:视觉中国


“我们要研究、理解人类未来会变成什么样子,就首先要知道人是怎么来的。恐龙就是这个大故事里面的关键一环。它是以前陆地的霸主,我们是现在陆地的霸主。这一代的霸主总是想要去了解上一代的霸主。”


很多人问我,邢老师,你们为什么研究恐龙?你们究竟在研究什么?我觉得这是一个很有意思的问题。


恐龙其实有两个定义。


第一个指的恐龙包括了已经灭绝的非鸟恐龙及现生鸟类,是出现于中生代多样化优势陆栖脊椎动物,曾支配全球陆地生态系统超过1.5亿年之久。


另一个指的是恐龙的种系发生学定义,它是三角龙与现生鸟类的最近共同祖先,以及其最近共同祖先的所有后代。


为什么研究恐龙


人是自然演化而来的。我们是从非常小的细胞演化来的,从鱼到人,一步一步。人类最近的祖先是灵长类。而恐龙是研究整个演化的最佳的媒介。


你可能会想,我不在乎以前怎么样,但是以后变成什么样子,至少你会有兴趣吧。


我们要研究、理解人类未来会变成什么样子,就首先要知道人是怎么来的。恐龙就是这个大故事里面的关键一环。它是以前陆地的霸主,我们是现在陆地的霸主。这一代的霸主总是想要去了解上一代的霸主。



恐龙繁衍了1.6亿年,有成千上万个物种,还包括有史以来最大的陆生动物。人类对这个尺度是没有概念的。比如你觉得一分钟好久,五分钟好久。但是,恐龙学的尺度是百万年。


因此,恐龙对生物力学、大尺度的演变等等也提供了重要的素材。


大部分人对长度也是没有概念的。一个人1.9米我们觉得好高,但恐龙身高有45米、60米,我站起来只到它的脚趾甲上面。


恐龙存在的这1.6亿年是一个闭环,一个完整的生态系统。我们人类其实不知道生态系统是什么样的,因为人对生态系统的干涉太多了。


恐龙学使我们能研究一个长期的、真实的生态系统。没有人的地球生态系统只能从化石记录中寻找。


在整个史前时期,恐龙必须面对气候的重大变化,比如天气的巨大变化、重大地质灾害、巨大的火山喷发、海平面的上升、下降等等,所有这些变化都记录在化石中。


恐龙也是一个非常伟大的教育工具。几乎所有小孩都对恐龙感兴趣。为什么小朋友喜欢恐龙?因为恐龙很神秘,但又非常形象。


在三四岁的时候,孩子们可能无法理解抽象的概念,但是恐龙是那样鲜明生动,极为吸引人。


恐龙是非常具体的东西,它可以瞬间拉近亲近感。而且非常有意思的一点是,它很安全,可以让人自由地放飞想象力。它们够大、够猛,却又灭绝了,毫无危险,这是优秀的前辈古尔德说的。


如何用恐龙来引导孩子呢?


我们可以通过恐龙激发小朋友对大自然的兴趣,帮助孩子们理解大自然。通过参加田野工作可以培养他们的观察力、毅力、专注力。


同时,它也是一个科学思维的训练过程。比如说,科学需要证据,霸王龙有13米长,证据呢?它的化石有13米长就是证据。


它还有推理的过程。比如说,霸王龙有毛吗?现在不知道。但是,霸王龙的祖先有毛,它的后代可能会有,或者是局部会有,这都是科学的思维。把恐龙用在思维引导方面,就是所谓的科学精神。



总之,孩子可以根据恐龙建立知识链条,通过推理过程培养自己的逻辑思维和推理能力。


你们以后的小孩可能也会遇到这个问题,他们可能会特别喜欢一个东西,比如说,特别喜欢恐龙。这时候你可以带他去博物馆,带他去地质公园,参加夏令营,你一定要提供更多的机会给他。


有时候带着孩子们充分体会野外工作的艰辛也是必要的,因为真实的恐龙学并不浪漫。


当然,也一定要创造出燃起别的兴趣的环境,尽可能让他接触不同的领域。你要给小朋友提供更多的可能性,因为越早看到一棵树,就有可能错过整个森林。


我们在研究什么?


我们研究恐龙的什么呢?我们研究恐龙的骨头、体色、足迹、习性、叫声、蛋、体温、体重。体重最不重要,因为都是编出来的。



先贤查理·欧文,迷恋于权力斗争,是维多利亚女王的好朋友,在学术界大家都不太喜欢这个人,因为他非常强势。



但是,他却找到了三只破破烂烂的恐龙或者说怪物,创造了恐龙这个词,叫Dinosaur,就是恐怖的蜥蜴的意思。


从那之后,我们这个学科就诞生了。大家只是觉得它可能就是覆盖了一些鳞片的大爬虫、大蜥蜴,特别丑,这也是长期以来恐龙在大众心中的形象。


但是,有一件事的出现,古生物学家也没有料到,会让大家对恐龙的观感产生这么大的改变。


那就是1993年电影《侏罗纪公园》的上映。这部电影开启了我们的恐龙梦想。大概是我高三时,我参与了这部电影第三部中文版的翻译。


电影里面男主角格兰博士的原型就是我在加拿大读硕士时候的导师。我也是因为这部电影知道了这位学者并进一步追寻到加拿大,找他做我的老师。


2015年,这部电影重启,在小朋友中间又燃起了对恐龙的喜爱热潮。


到现在为止,有很多关于恐龙的新知识帮助我们更新概念,比如说,恐龙是长羽毛的。



1995年,中国发现了第一只带毛的恐龙,叫中华龙鸟,它为恐龙演化为鸟类中间一环提供了最重要的事实依据。在那之后,发现了大量带毛的恐龙。



大家可以看,图中这两者有没有相似性?恐龙演化成鸟类是事实。所以,我们现在最大的恐龙是鸵鸟,最小的恐龙是蜂鸟,这么说都是对的。


恐龙有毛且会飞,它的羽毛是不对称的,不对称的羽毛才有空气动力学。



小盗龙不是只有两个翅膀,而是有四个翅膀。它脚上还有一对翅膀。它会飞,而且飞得非常好。从那之后,我们知道恐龙跟鸟类之间的关系变得非常模糊,这对我们的研究来说更糟了。




这是小盗龙科学复原之后的样子,变得非常像鸟了,很漂亮。这个就是它的羽毛的色素体。


之前有小朋友问我可不可以把恐龙涂成粉红色。其实是可以的,因为我们不知道恐龙是什么颜色的。


但是有一个原则,侏罗纪时期,地球上没有草,没有花,所以不能把侏罗纪时期的恐龙涂成红色。不过白垩纪时期跟现在差别不是特别大,可以涂成各种颜色。



恐龙是什么颜色的,我们一直不知道。直到有位先驱研究了墨鱼化石。它的墨囊保存下来了,是黑色的。他就想这个黑色是真的以前的黑色,还是在它成岩过程中出现的黑色呢?


他破解了这个问题,发现里面像甜甜圈一样的古色素体。通过古色素体,复原出了恐龙的肤色,但并不是所有恐龙都可以,只有那些皮肤印痕——皮肤的膜或者羽毛的膜保存得非常好的恐龙才可以。



按照我们的思维,恐龙在森林里面生活,保护色应该是棕色。它们的头冠可能很漂亮,求偶季节可以去炫耀。


但是科学复原出来的颜色,让我们知道之前的想法错得特别离谱。它们其实有点像熊猫一样,黑白两色,这可能起到一种迷彩的作用。



我们还发现了很多奇怪的恐龙,比如这只恐龙死的时候在睡觉,可能是沙丘或者泥土崩塌把它盖住了,它保持了一个非常可爱的睡觉的姿态。


它的头埋在翅膀下面,尾巴是蜷起来的,特别像鸟,很多鸟类睡觉时就是这个姿态。


所以,从行为学的角度来告诉我们,恐龙跟鸟类的亲缘关系不仅在骨骼层面、颜色层面,还扩展到它们的生活习性。


这些庞然大物,你可能会认为它的动作很慢。比如我踩了这只恐龙的尾巴,它是不是要明天这个时候才感觉到?不会的。


恐龙没有你想的那么笨,它生物电的速度非常快,60米的体长也不妨碍它能够感知到有人在戳它的尾巴末端。


科学家做了一些非常严谨的分析,比如看恐龙牙齿同位素里面C13和C18的含量。温度越高,同位素的含量越高,由此我们可以推测恐龙的体温。



上图显示的是腕龙。《侏罗纪公园》第一部,主角进去之后,下了吉普车,他看到一只活着的恐龙时特别震撼,他女朋友当时在看别的地方,他又把女朋友的头掰过来,那瞬间看到的就是腕龙。


腕龙的体温有38℃,跟人发烧的时候差不多。小型一点的蜥脚类恐龙的体温是35.7℃,跟人低烧或者没有发烧时的体温差不多。


恐龙其实是非常温血的动物,它的体温比鳄鱼这样的冷血动物高得多,但是又比鸟类低。这说明恐龙这类动物其实可以支撑它们相对活跃的生活,没有你想象中那么笨重,那么软绵绵。


我们也非常关心恐龙奔跑的速度。因为跑得快意味着代谢各方面可以支撑得住它这样的身体。从科学角度来说,它的时速大概18千米,这个速度并不慢,相当于马拉松比赛的水平。


恐龙的咬合力我们也非常关注。一口下去可以咬成什么样子?可以把汽车的顶盖揭开,咬力非常大。



比如说霸王龙,它是整个生命演化里面最终极的猎食武器,类似人类的格斗之王,它身上的每一寸皮肤都是为了更好地杀死对方。



我们现在对恐龙的研究已经深入到它的骨头里面,到更小的细胞的级别。有科学家复原出来恐龙的蛋白质结构。虽然有争议,但是这些结构的片段跟现在的鸡或者现在的鸟类非常相似。


另外,我自己的一个研究方向是恐龙的足迹学。我有一位非常好的印度朋友,他研究恐龙的粪便。


恐龙的粪便更有意思,我特别想研究,但是我找不到恐龙的粪便,因为恐龙的粪便非常罕见。



上图是霸王龙的粪便。把它的粪便做成切片,切一部分观察它的断面,可以发现里面有很多别的恐龙骨头的碎片,这些骨头有一部分可以去复原。


霸王龙会吃三角龙、鸭嘴龙,这说明它可能在某种程度上是一种捕杀活物而不是只食腐的动物。



恐龙的足迹学也很有意思,这是我上个月在《新闻联播》上给大家介绍我们发现的亚洲首例霸王龙的足迹。


霸王龙的足迹很大,大概有60厘米长。它是目前中国发现的最大的肉食恐龙的足迹,但是它的亲戚北美洲的霸王龙留下来的一个脚印就有94厘米长。


恐龙的足迹可以带给我们很多骨头不能带来的信息,比如恐龙能跑多快,恐龙在干什么。


我这辈子看过最有意思的恐龙足迹是这样的:三只恐龙从不同的方向到一个地方去。这个地方我们叫它混乱点,在这个混乱点,恐龙的足迹变得非常乱。


这三只恐龙从不同的地方走到一起,可能发生了一些不好的事情,结果只有两只离开了那个地方。


大家可能会说,你有什么证据能证明它一定是同时发生的呢?是不是有可能一只恐龙来了,转个圈走了,另外一只恐龙来了,转个圈也走了?


我有证据,在另一个方向,有一只不同品种的恐龙走过来了,它走到接近这个混乱点的时候掉头走了。在路上看到别人打架,可以看吗?不可以,你要走。


这就是我们非常坚实的一个证据。这只恐龙看到了不好的事情掉头走了,这是世界上首次发现恐龙掉头的行迹。


这个证据可以告诉我们恐龙是怎么走的。你现在想想看,狗怎么走,鳄鱼怎么走,其实都是不一样的。


恐龙的足迹告诉我们:大型的恐龙是同手同脚的,它是左左、右右这样走的,跟你想的交错走是不一样的。



2016年,我们发现了世界上第一枚恐龙琥珀。这个琥珀很漂亮。


我们后面还有很多有意思的发现。我们发现琥珀里第一只鸟。我们给它起了个名字,叫泡椒凤爪。



这只鸟的全长大概有6厘米,非常小。它可能出生只有几天或者一周,是只宝宝鸟,但是它已经非常成熟了,它的羽毛已经基本成形了,意味着它很快就可以飞走了。这是我们用CT扫描得到它里面的一些细节。



这是我们发现的第一只蛇,特别可爱,是一个蛇宝宝。它应该是刚从蛋里出来非常短的时间,很遗憾,我们只发现了它的一半,没有发现整只。



这是我们扫描之后的一张图,收藏琥珀的老师开始以为它是蜈蚣,其实它是蛇。它最小的一个椎体才0.35毫米。


我们发现了这么多琥珀,大家都说我们是研究史前动物园的。


我们发现的都是一些宝宝,因为太大的动物,琥珀这种树脂也不能把它抓住。所以,我们只是通过一些非常小的动物来复原当时整个生态。



我们现在发表的文章非常好,因为我们的材料得天独厚。保守地说,我们的研究发现占据了全世界琥珀里面的脊椎动物研究的4/5。我们首次(也是人类首次)在琥珀里面发现了鸟类、恐龙、蛙类、蛇类,还有大量奇怪的标本。


拿蜗牛来举例。蜗牛的触角你一戳,它就会缩回去。我在琥珀里面发现一个没有来得及缩回去触角的蜗牛。


我们还发现了琥珀里的虾和螃蟹,但是现在还没有发表。应该会在今年晚些时候开一个类似“白垩纪的海鲜拼盘”的新闻发布会。



我们花了三四年的时间基本重建了距今一亿年前缅甸北部或者中国最南部的白垩纪是什么样子的。这是我们团队做的工作,希望对大家有所帮助。


本文来自微信公众号:SELF格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:邢立达,中国地质大学(北京)副教授

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