徐星， 中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員。
鳥類起源的研究始于150年前，應該說整個研究歷史是跌宕起伏，有時候爭論得非常激烈，超出了科學的范疇。一個科學研究的問題為什么會爭論這么激烈？巨大的恐龍怎么樣變成了鳥類？這就是我今天要跟大家分享的。
恐龍與鳥
大家晚上好，我是來自中國科學院的一個做基礎科學研究的古生物學家，今天跟大家分享的是發(fā)生在生命歷史當中的一段故事。
我們知道生命世界是多樣的，從簡單的單細胞生物到像我們?nèi)诉@么復雜的高等生物，這種多樣性不僅體現(xiàn)在不同的物種之間，也體現(xiàn)在同一個物種的個體之間。
像圖上的特朗普大家知道是一個另類的政治人物，雖然招人討厭，但是這正彰顯了生命世界的特點，就是多樣性。
生命世界的另外一個特點叫共祖性。簡單地說，我們所有生活在今天地球上的數(shù)以百萬計的生物，都可以追尋它的祖先到大概40億年前。從那個時候生命之樹開始分叉出現(xiàn)，然后形成我們今天這個紛繁復雜的世界。
所以從包括我們?nèi)嗽趦?nèi)的現(xiàn)代生物，乃至我自己研究的恐龍，甚至是個西瓜，美麗的鮮花，都跟我們有共同的祖先。
說到恐龍，大家可能很感興趣，也有很多問題。比如說恐龍為什么長這么大。另外我經(jīng)常碰到的問題就是，恐龍為什么會滅絕，或者說它是怎么滅絕的。這些問題確實是恐龍研究當中公眾非常感興趣的問題，實際上也是科學家感興趣的問題。
但是大家可能知道得少一點的，實際上在恐龍演化過程當中還有一個重要的事件，就是鳥類起源。簡單地說就是恐龍的一支慢慢變成了鳥類。如果沒有這個演化事件，大家可以想象我們今天的地球會是不同的樣子。
鳥類起源的研究始于150年前，應該說整個研究歷史是跌宕起伏，有時候爭論得非常激烈，超出了科學的范疇。舉個例子說，包括我個人就多次被批判過。不光是說學術觀點，甚至有人從人身上來批判我，覺得我有點說瘋話。
為什么會有這種現(xiàn)象？一個科學研究的問題為什么會爭論這么激烈？巨大的恐龍怎么樣變成了鳥類？這就是我今天要跟大家分享的。
恐龍變成鳥類是演化理論的一部分。說到達爾文的演化理論或者進化論，大家都知道是個偉大的理論，但是依然有很多的人并不認可它。其中一個理由就是，如果演化是真實的，那么應該存在許多過渡性物種，但似乎這一現(xiàn)象并不存在。
為什么人們會覺得過渡性物種并不存在呢？我們可以拿這個簡單的生命之樹來解釋。最上面綠色的小葉子代表跟今天人類生活在同一時期的各種各樣的生物。在綠葉子下面是很多黃色的小葉子，大家可以看時間標識，從大概40億年前一直到今年2018年。
什么意思呢？我們?nèi)绻氚l(fā)現(xiàn)過渡的物種，這些物種一定在黃色的區(qū)域，而這個區(qū)域我們今天已經(jīng)看不見了，所以這是很難看見過渡物種的原因之一。
當然原因之二，實際上即便是在黃色葉子區(qū)域當中，這些過渡物種也是其中的一小部分，比如說接近樹干或者樹枝的那些小葉子。累積效應，我們就很難發(fā)現(xiàn)這種過渡的物種。
盡管如此，科學家還是通過努力在化石記錄當中發(fā)現(xiàn)了一些很重要的過渡物種。比如說發(fā)現(xiàn)于德國的始祖鳥。大家看始祖鳥的模樣，它嘴巴里長著尖尖的牙齒，手上的爪子很尖銳，長著一個長長的古稚尾巴。這個特點跟爬行動物是很像的。
另一方面它身體上長著羽毛，又跟鳥類比較像。所以這兩個特征綁在一起，形成了非常完美的過渡物種的形態(tài)。
始祖鳥的發(fā)現(xiàn)在很大程度上促使了達爾文的好友赫胥黎，在1868年的時候提出了一種理論 ，叫作鳥類可能是來自恐龍的。他為什么這么說呢，很簡單，如果對比始祖鳥和當時發(fā)現(xiàn)的一種小型肉食性恐龍，叫作恐爪龍，會發(fā)現(xiàn)它們是非常相似的。
恐爪龍化石
一個顯而易見的相似性就是這兩種動物都是兩條腿走路。我們知道在現(xiàn)在的自然界，兩條腿走路的動物還是比較少的。
科學家恢復生命之樹，或者發(fā)現(xiàn)不同物種的祖先和后裔就是通過這種相似性來復原的。這種相似性有時候來自身體表面，比如說骨骼、肌肉；有時候來自微觀看不見的東西，比如說DNA。正是基于各種各樣的存在于恐龍和鳥類之間的相似性，科學家現(xiàn)在相信恐龍變成了鳥類。
其中有一個學者貢獻非常非常大，他是來自耶魯大學的John Harold Ostrom教授。他的很重要的工作就是研究恐爪龍，然后把它和始祖鳥——剛才講到的最早的鳥類進行對比。他發(fā)現(xiàn)這兩種動物的手幾乎是一模一樣的，這些發(fā)現(xiàn)讓他相信恐龍變成了鳥類。
不過，這一假說還存在一系列問題需要解決，比如同源問題。
不同種類的生物常常共享相似結構，但這些相似結構的來源不同：一些相似性源自共同祖先，這叫作同源，比如人的胳膊、馬的前腿以及鴿子的翅膀，雖然看似形態(tài)各異，但基本結構是一樣的，從來源上看，都源自泥盆紀時期一種肉鰭魚類的粗壯胸鰭。
另外一些相似結構產(chǎn)生的原因，是它們有相似的功能，我們稱之為趨同演化。就像鯊魚、魚龍和海豚都有鰭，表面看起來很相似，但它們的基本結構不同，來自不同的祖先，它們之所以相似，是都需要執(zhí)行游泳的功能。
反對恐龍起源假說的學者認為，鳥類和恐龍之間的相似性，包括剛才講的手部的相似性，不是源自同一祖先，而是來自于趨同演化。
是不是這樣呢？我們首先來看看剛才講到的手部的相似性，到底是趨同演化產(chǎn)生的，還是同源的。
這是一個美麗的鳥的翅膀，鳥的翅膀下面是一些奇形怪狀的骨頭，這些骨頭實際上代表鳥的手。如果你想看它到底長什么樣，可以去吃一個雞翅，把肉啃干凈以后，會發(fā)現(xiàn)長的這樣形狀的一個鳥的手。當然你吃的時候要小心一點，很可能會破壞科學的信息。
這個鳥有高度變形的3個手指。我們自己的手有5個手指，手指數(shù)目顯然不同于鳥類。實際上5個手指代表一種原始狀態(tài)，從這個角度上說，我們?nèi)祟愂窃嫉摹?/p>
在生命演化過程中，手指和腳趾的數(shù)目在許多四足動物當中都發(fā)生了變化，有的從5個手指和腳趾變?yōu)?個手指和腳趾，有的變?yōu)?個，有的甚至只剩下一個功能性的手指和腳趾，比如我們熟悉的馬。
這些動物退化了哪些手指或者腳趾，剩下了哪些手指或者腳趾，這個看似無聊的問題卻是許多科學家關注的。因為這些問題會幫助我們理解生命演化，甚至有時候還會超出對生命演化的理解。
如果我們進行對應的話，有一個問題可以問，鳥類的這三個手指相當于我們?nèi)说哪娜齻€手指？
如果你問一個研究化石的古生物學家，他會告訴你，你看原始的恐龍，它有五個手指，也像我們?nèi)艘粯印５窃诳铸堁莼倪^程當中，外側的兩個手指，也就是小拇指和無名指就會退化掉，所以有些恐龍變成三個手指。
三個手指的恐龍最后變成了有三個手指的鳥類，就是我們今天熟悉的鳥類。這樣簡單的邏輯推論，你問一個小學生他都會舉手回答你，鳥類現(xiàn)在剩下的三個手指相當于我們內(nèi)側的三個手指頭，也就是一二三指，因為它退化了兩個外側的手指頭。
科學研究是這么簡單的嗎？顯然不是的，如果這么簡單，我想每個人都愿意去做這個事情。
有些科學家從不同的渠道進行了研究。研究現(xiàn)代生物的科學家，比如說研究胚胎發(fā)育的，他們在觀察鳥類胚胎發(fā)育的過程當中得到了不同的答案。
如果觀察一個蛋的孵化過程，會發(fā)現(xiàn)鳥在孵化的過程當中，最早也像我們?nèi)艘粯佑形鍌€手指。但是不知道什么原因，大拇指和小拇指突然罷工了，不愿意再生長了，所以最后成年鳥長出來的三個手指頭是中間的這三個手指。
或者換句話說，鳥類現(xiàn)在的手指不是剛才我講的像恐龍化石的一二三，而是二三四，是中間的這三個手指頭。這樣的數(shù)據(jù)就產(chǎn)生一個明顯的矛盾，化石的數(shù)據(jù)和胚胎發(fā)育的數(shù)據(jù)打架了。
對于反對恐龍起源假說的學者來說這是好消息。他們認為，就像鯊魚、魚龍和海豚的鰭一樣，似鳥恐龍和早期鳥類手部結構的相似性是表面性的，不是同源的，這樣就證偽了恐龍起源假說，否定了恐龍和鳥類的祖裔關系。
但是從科學哲學的角度我們認為這是不成立的，因為科學哲學證偽理論要比這個復雜得多。在經(jīng)典物理學中，一個負面證據(jù)可以推翻整個理論；但在生物學和地質(zhì)學等復雜學科中，一個負面證據(jù)不足以挑戰(zhàn)一個得到許多其他證據(jù)支持的假說，證偽不能過于簡單。
因此，即便以上有關手指的同源判斷是對的，也不能就此否定恐龍起源假說。不過，從研究演化的角度，這確實是一個很有意思的問題：化石和胚胎發(fā)育的證據(jù)存在明顯的矛盾，我們怎么去解釋這樣的矛盾？
其實有的矛盾對科學家來說是非常好的，我們都知道，許多重要的科學突破和科學革命，恰恰來自于已有的數(shù)據(jù)或者已有理論產(chǎn)生的矛盾。比如說在物理學當中產(chǎn)生了幾次物理革命，就是由于當時的一些理論和數(shù)據(jù)產(chǎn)生了矛盾。
當然鳥類起源手指同源問題的矛盾沒法跟物理學的矛盾相提并論，但是它依然指示了這可能是個很有意思的問題。我們怎么樣去解答這個問題，對于科學研究來說有很多方式可以開展工作，我今天就說常見的兩種。一種叫作數(shù)據(jù)驅(qū)動型，一種叫作假說驅(qū)動型。
科學家在研究問題的時候先提一個假說，然后再去找證據(jù)來驗證這個假說，叫作假說驅(qū)動型。
數(shù)據(jù)驅(qū)動型是什么方式呢？我們做科學問題的時候會采集很多數(shù)據(jù)，有點像今天的大數(shù)據(jù)分析一樣，通過數(shù)據(jù)分析看它的規(guī)律，如果找到了規(guī)律，會形成自己的假說和理論。當然這兩種方式可以交叉使用。
對于研究古生物學的人來說，最重要的是要找到化石證據(jù)。而且我們知道，化石是決定一個進化理論正確與否的一個終極判斷的標準。研究化石經(jīng)常使用的是第二種研究方式，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動型，找到很多的數(shù)據(jù)，然后會發(fā)現(xiàn)規(guī)律。
我們沒想到的是，從2000年開始，我們在新疆五彩灣，一個戈壁沙漠地區(qū)，找到了一些化石，這個化石提供了一些很有意思的數(shù)據(jù)，幫助我們解決這個問題。
這是一個野外場景，有很多小帳篷，我們每天都住在帳篷里。在找化石過程當中有中國的科學家，有外國的科學家，我注意到一個現(xiàn)象，就是中國的科學家都喜歡把帳篷扎在一起，但是外國的科學家不愿意扎在一起，越遠越好。當然這是一個題外話。
去找化石不是很容易的，因為這是戈壁沙漠地區(qū)，大家可以想象，非常干旱、炎熱，有時候還有其他的一些危險，來自毒蟲的，來自野獸的，還有其他方方面面的危險。
我們克服了很多困難找化石，努力的工作還是得到了一些回報。我們找到了很多漂亮的化石，其中有一種化石就幫助我們回答剛才講到的那個矛盾的問題。
這些化石代表一個恐龍新物種，我們給它起名為泥潭龍。這個化石是很完整、很漂亮的，當然完整、漂亮不重要，最關鍵的是它保存的信息——它保存了一個完整的手。
泥潭龍有一個地方跟原來我們見過的所有恐龍化石不一樣。我剛才講了，化石證據(jù)顯示，在向鳥類演化的支系上，恐龍逐漸退化和丟失了外側兩個手指，剩下內(nèi)側三個手指，所以它一般都有一個很大的大拇指。但泥潭龍恰恰例外，它有一個很小的大拇指。
這是一個什么樣的發(fā)現(xiàn)呢？我們可以把科學發(fā)現(xiàn)大致分成三類。如果用比較文學化的語言來形容，第一種發(fā)現(xiàn)叫作錦上添花型，一般是為主流科學假說添磚加瓦；第二種叫作雪中送炭型，一般是為非主流假說奠定基礎的；當然第三種科學發(fā)現(xiàn)我覺得最重要，翻天覆地型，把過去的認知徹底改變。
我自己覺得這個發(fā)現(xiàn)就相當于翻天覆地的，它提供的信息完全改變了我們過去對恐龍演化的一個認知。正是由于這個原因，研究的過程非常困難，包括我們怎么解釋這個化石，怎么分析數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了很大的爭議。
即便我們寫完了論文，在投稿的時候也發(fā)生了很多次的爭議。當然所幸最后我們通過了評審，發(fā)表了文章。
簡單地說，泥潭龍的發(fā)現(xiàn)促使我們重新審視古生物學和發(fā)育生物學證據(jù)，提出恐龍丟失的不是外側兩個手指，而是最內(nèi)側的大拇指和最外側的小拇指，因此似鳥恐龍有著和現(xiàn)生鳥類一樣的中間三個手指。這是我要講的第一個故事。
應該說恐龍假說取得了越來越多的進步，得到了很多化石證據(jù)的支持，實際上還是有些學者不接受這個假說。我想其中的一個原因來自這些學者心理上的感受。這么巨大的動物，變成了如此小巧的鳥類，這樣一個心理上的轉化，不僅在公眾當中存在，實際上對科研人員來說也是存在的。
由于這個原因，有一些學者從來也不愿意接受恐龍變成鳥類的假說，他們采取各種各樣極端的方式來表達反對。有學者甚至用徽章的方式來表達他們對這個假說的憤怒。
實際上這種固執(zhí)在科學界并不是罕見的，很多科學家都是很固執(zhí)的。最著名的例子大家知道是愛因斯坦，他是量子力學的開創(chuàng)者之一，但實際上他對于本質(zhì)上非決定論的量子力學是厭惡的。所以才有了上帝擲骰子這樣一個名言。
不管怎樣，厭惡也好，反對也好，恐龍起源這個假說還是在繼續(xù)前進，得到了越來越多化石證據(jù)的支持。比如說我們發(fā)現(xiàn)恐龍世界并不都是龐大的物種，其實很多的恐龍是很小的。
這是我們在遼寧發(fā)現(xiàn)的一種小恐龍，叫寐龍，它已經(jīng)成年了，可以站在手掌中跳舞。
如果對所有新發(fā)現(xiàn)的化石數(shù)據(jù)進行采集，會發(fā)現(xiàn)恐龍的一支在演化過程當中慢慢變小，最終達到了一個體形，這個體形對于鳥類飛行起源已經(jīng)足夠了。
當然了，恐龍演化出了翅膀，然后身體又變得足夠小，還不算完成偉大的轉化，最重要的轉化還是恐龍怎么獲得了飛行能力。
傳統(tǒng)上認為鳥類飛行可能是通過兩種不同的假說產(chǎn)生的。一種假說認為鳥類的祖先是通過一個克服重力的過程，比如說它在地面上奔跑，有點像飛機起飛一樣，通過這種地面奔跑演化出來飛行器官，然后慢慢演化出飛行能力。
另外一種假說認為鳥類的祖先是利用了重力，從樹上這些環(huán)境當中慢慢演化出來飛行結構，然后獲得了飛行能力，最終飛向了藍天。
這兩種假說哪一個對哪一個錯呢？
當然利用重力從高處開始飛行的途徑，從生物力學的角度看顯然更加合理。但是它有一個問題，一般傳統(tǒng)上的認知，恐龍都是生活在地面上的動物，有很強的奔跑能力。沒有任何證據(jù)顯示恐龍是生活在樹上的，所以化石證據(jù)不支持恐龍從樹上開始了飛行這樣一個假說。
當然科學研究總是存在著驚喜，我們在2000年的時候，運氣特別好，發(fā)現(xiàn)了一種叫作小盜龍的恐龍，就是畫面上不這么漂亮，但是是非常重要的化石。
這個小盜龍化石產(chǎn)自我國另外一個很有名的化石產(chǎn)地，遼西。在過去的二三十年當中，遼西和它周邊的地區(qū)成為了世界上最有名的化石產(chǎn)地，這得益于它獨特的地質(zhì)條件。
在遼西地區(qū)有很多巖石，這些巖石告訴你，在1億多年前這個地區(qū)有很多的湖泊、池塘，而且火山活動非常頻繁。頻繁爆發(fā)的火山活動殺死了當時生活在這個區(qū)域的生物，并且快速埋藏了這些生物。
所以今天我們在這個地區(qū)能發(fā)現(xiàn)大量的恐龍化石，還有其他各種各樣的生物化石。這些化石幫助我們回答了很多關于進化的問題，其中就包括鳥類怎么飛向藍天的問題。
我們研究小盜龍其中有一方面，比如說你看小盜龍的腳的形狀，它腳趾的長度、爪子的彎曲度，一個簡單的推論就是它跟有些生活在樹上的鳥是比較相似的，換句話說，小盜龍是一種生活在樹上的恐龍。
這個發(fā)現(xiàn)的意義是顯而易見的。就像我剛才講的，飛行如果是從樹上開始起源的話，我們?nèi)笔У氖侵虚g的一個環(huán)節(jié)——我們沒有生活在樹上的恐龍。現(xiàn)在我們有樹上的恐龍，就把飛行通過這個化石連接起來了。
這當然是一個非常令人高興的發(fā)現(xiàn)，但是驚喜還在后邊。后來有更多的小盜龍化石被發(fā)現(xiàn)了，這些化石的發(fā)現(xiàn)實際上讓我們感覺到更加地驚訝。這些化石身上保存的羽毛結構是原來我們想象不到的，是這種不對稱的。
這有什么意義呢？如果你看現(xiàn)在的鳥，飛行能力越強，羽毛不對稱性越強。而不會飛的鳥，羽軸兩側的羽片是大小相似的，是比較對稱的。有了這個不對稱的羽毛就指示著這個恐龍是不是會飛，我們是不是發(fā)現(xiàn)了第一種會飛的恐龍？這個是非常令人興奮的。
當然了，更關鍵的是這些不對稱的羽毛分布范圍很有意思。我們發(fā)現(xiàn)這種不對稱的羽毛不僅分布在翅膀上，前肢上、尾巴上，更重要的是分布在它的后肢上。
這個意思就是說這個恐龍長成這樣子了。我們叫它長著四個翅膀的恐龍。就是它不僅前肢像現(xiàn)在的鳥一樣羽化為翼，后肢也羽化為翼。
這是一個完全想不到的發(fā)現(xiàn)。當然也不是完全想不到，實際上在100多年前有一個美國的自然學者叫作Beebe，就提出來鳥類的祖先可能是四翼的，鳥類的飛行可能經(jīng)過了這樣的四翼階段。我們沒想到在100多年后發(fā)現(xiàn)了這樣的證據(jù)。
是不是這樣呢？不光是Beebe說過，大自然也告訴我們這種四翼狀態(tài)是非常普遍的。我們看所有會飛的動物，一般都呈現(xiàn)這種四翼狀態(tài)，比如說我們熟悉的蝙蝠，或者翼龍，或者其他各種各樣的動物。
它們在飛行的時候翅膀總是要前肢和后肢都參與其中，讓飛行器官非常地大，這樣有助于飛行，這是一個普遍的狀態(tài)。
但是恰恰鳥類是非常獨特的，你看鳥類它是用一對翅膀來飛行，用后足來行走或者奔跑。我們對于鳥類的認知是建立在這樣的基礎上的，它有兩套運動系統(tǒng)，它的翅膀是一對，而不是兩對。
我剛才講了，其實科學研究是有很多競爭的。我們在遼西找小盜龍化石的時候，其他一些研究者也在遼西找小盜龍化石，其中有兩個研究團隊其實跟我們找到了幾乎是一模一樣的化石。
但是由于鳥類有兩套運動系統(tǒng)的這種慣性思維，其中一個團隊就認為保存在腳上的羽毛不是真正的，是從身上剩下的羽毛沖到腳這兒來的。所以復原圖你可以看，只有一對翅膀，腳上是干干凈凈的。
另外一個研究團隊注意到了腳上的羽毛，但是沒有注意到羽毛是不對稱的。為什么呢，剛才我講了，一般認為恐龍是不會飛的，鳥是會飛的，有了不對稱的羽毛就意味著它會飛，他沒有想到不對稱的羽毛會長在恐龍身上，所以看見化石的時候視而不見。
所以讓我們有了機會，在2003年的時候把他們忽略的東西發(fā)表了文章，提出了這樣的飛行產(chǎn)生的過程。就是恐龍確實是開始在地面生存，后來轉移到了樹上，然后演化出了四個翅膀。隨著前面的翅膀越來越發(fā)達，后邊腳上的翅膀慢慢退化，最終變成了我們今天熟悉的鳥類。
實際上這樣一個研究過程也告訴我們另外一點，很多的科學發(fā)現(xiàn)你事后看起來非常簡單，但是事前常常是視而不見的。這在科學界是非常普遍的，因為所有的科學觀察和科學實驗，都受理論思維的影響。換句話說科學家實際上是有偏見的，正是這種偏見有的時候會讓你喪失一些科學發(fā)現(xiàn)的機會。
也是由于這個原因，實際上在我們論文發(fā)表之后還是受到了很多的批評，包括世界上一些很有名的科學家也在批評我們，不承認我們的發(fā)現(xiàn)，認為我們的解釋是錯誤的。
這個是非常正常的，在科學研究的過程當中，尤其是新數(shù)據(jù)、新假說產(chǎn)生的時候，其他科學家的第一個反應往往是批評、批判。所以從這個角度看，科學實際上是非常保守的。
當然作為科學研究來說，回答質(zhì)疑的最好辦法就是去找到更多證據(jù)，做更多分析。我們確實也是這樣做的，在隨后的十幾年當中，我們在遼寧西部，在內(nèi)蒙的東南部，在河北的一些地方，又找到了許多化石。這些化石告訴我們，不僅小盜龍長著四個翅膀，還有很多其他的恐龍，甚至一些早期的鳥類，也有類似四個翅膀的結構。
我想今天四翼恐龍這個觀念已經(jīng)被大多數(shù)學者接受了，成為我們學科一個很重要的研究方向，這樣的研究過程回憶起來還是蠻欣慰的。
到今天為止，通過世界各個國家?guī)状茖W家的努力，恐龍演化成鳥類已經(jīng)成為我們研究進化論證最好的一個演化事例。我們今天可以肯定地說恐龍變成了鳥類?；蛘哂靡痪渫ㄋ椎脑捳f，恐龍從來沒有滅絕。
恐龍為什么滅絕，是不是小行星撞擊導致的，從嚴格的科學意義上講，這種問題是不存在的。我們生活在今天的地球上依然有一萬多種恐龍，它就是飛翔在我們藍天上的、還有我們身邊的美麗的鳥類。
謝謝大家。
