如何让化石中的古鸟“活”起来 | 中科院外籍美女研究员邹晶梅

今年6月，一则“中外科学家首次公布琥珀中的古鸟类标本”的新闻震惊世界，6个月后还是这个团队，向世界宣布了一条更加惊人的消息：

他们在琥珀中发现了有史以来第一件恐龙标本！一段长6厘米、9900万年前、包含羽毛等丰富细节的恐龙尾巴第一次展现在人类面前。

琥珀中的标本直接来自动物本身，对动物羽毛等细节的保存几乎和生前一模一样，这对科学家开展羽毛形态与进化、现代鸟类研究有着重要的作用。

这件标本意味着什么？恐龙和鸟儿前世有哪些密不可分的关系？科学家如何从化石中采集进化的信息？

我们邀请中国科学院古脊椎动物与古人类研究所最年轻的外籍美女研究员邹晶梅，为我们权威解答化石、古鸟、进化问题！

世界上目前已知的中生代鸟类化石超过一半发现于中国，因此，中国是世界上研究鸟类早期演化最好的地方。

这是生活在1.2亿年前早白垩世九佛堂组的鸟类复原图，是白垩纪目前已知分化最为强烈的含鸟类生物群，也是著名的热河生物群中最早的一个阶段。

热河鸟是热河生物群中最原始的鸟类。它的原始之处在于手上长着三只爪子，类似于非鸟恐龙，还长着长长的骨质尾巴。热河鸟还有一些很有趣的特点，它长着细小的牙齿，并且在肚子的位置发现了种子，证明它是一种吃植物的鸟类。

通过研究大量的热河鸟标本，我们得以重建它的尾巴，得到一些非常有趣的信息。可以说热河鸟长着两个尾巴，一个靠近身体，另一个靠近末端。这两束尾羽协同工作，于是我们推测虽然这种鸟类非常原始，但它已经具有了相当的飞行能力。

热河生物群中最常见的鸟类是孔子鸟。它是最早牙齿完全退化而具有角质喙，同时末端尾椎愈合缩短成尾综骨的鸟类，而这是现生鸟类所具有的特征。

关于孔子鸟另一件有趣的事情是它们其中的一些有着美丽的长长的尾羽，而有些却明显没有。我们把它视为性别二态性的证据。

所以我们认为孔子鸟和现生大部分鸟类一样，雄性具有加长的装饰性尾羽，而雌性则没有。

早白垩世体型最大的鸟类是会鸟，也就是在这张复原图上正在飞翔的这只鸟。会鸟具有很有的翅膀，也就是说翼展很宽，而它的手上仅有两枚爪子。手部较短这一特征也更加接近于现生鸟类。

会鸟具有如此大的翅膀，却是唯一没有胸骨的白垩纪鸟类。而胸骨在现生鸟类中为飞行所需的大而有力的肌肉提供了必需的附着点。因此会鸟没有胸骨，使得这种鸟类究竟能否有力地飞行依然存疑。尽管我们觉得它应该是能飞的。

鸟类是保存最为稀少的化石之一。这是由于鸟类受限于飞行的空气动力学需求，通常体型较小。此外，鸟类的骨骼纤细且中空，以此来减轻飞行中的体重。鸟类的气囊也延伸至了中空的骨骼之中，从而增大氧气的摄入量，使得它们能够更加有力地飞行。

那么为什么在中国能够发现这么多无比精美的鸟类化石呢？想要解答这个疑问，我们首先必须了解化石是如何形成的。要形成化石，必须动物在死亡后尸体被迅速地掩埋而不被吃掉或被破坏掉。热河生物群代表了一种远古的火山湖泊生态系统。湖泊为河流所滋养，河流具有很高的能量，流入湖泊的同时会带入沉积物。

当这些沉积物沉到湖底，便丧失了能量沉淀下来。于是在湖泊的底部，河流带来的沉积物会持续沉积下来。由此可以想象，当一只孔子鸟飞过一个湖泊的上空，却遭遇了火山灰，因而不敌毒气落入了湖中。开始时它也许会在水面上漂浮一段时间，最终将会沉入湖底，慢慢地被河流带入湖泊中的沉积物掩埋起来。另一个重要因素在于湖底为缺氧环境，所以几乎没有任何食腐生物能够存活于此来吃掉残骸，鸟儿的尸体也就能够完好地不受扰动地得以保存。

热河生物群所在的湖泊系统存在于1.31亿年到1.20亿年前，持续了近1000万年的时间，覆盖面积相当庞大。它形成了大量的岩层可供探索，而我们目前还仅限于在表层开展工作。

古生物学家到野外寻找化石的工作流程通常是，首先找到一片具有岩层出露的区域，像图片所展示的，敲下来一大块岩石，翻过来侧面朝上，并用锤子进行敲击，它将会沿着一个软弱面打开，就像有机材料一样。

因为鸟类化石十分罕见，大多时候打开岩石时，都只能找到一些植物化石，一些昆虫或者小型鱼类，比如常见的狼鳍鱼。

因此在野外工作意味着你可能会持续工作了几个星期甚至一个月，每天在烈日下劈上十个小时的岩板，却依然令人沮丧地一无所获。当一块化石在野外被发现时，它大概是被围岩所覆盖，只有经过技艺高超的技师长时间的修理后，才能清除掉这些围岩，我们才能看到石头下面的骨骼，发现精美的标本。

然而即使我们拥有这样的幸运星，找到的化石依然十分有限。因为古生物学家们每年仅仅会在野外待上一两个月，剩下的时间都呆在办公室里。但在中国我们具有人数上的优势，大量的当地老乡会帮我们采集化石材料，使得中国拥有了世界上最多的恐龙和鸟类化石。

现在，我们已经能够知晓这些灭绝鸟类羽毛的颜色。我们在标本上取下一点点羽毛的样本在扫描电镜下观察，屏幕上就是电镜扫描的结果。

你现在看到的这些细小对称的东西就是色素体，也就是形成鸟类羽毛颜色的单个细胞体。在现生鸟类中，不同的颜色对应着不同形状的色素体。因此我们可以通过将化石中的色素体形状与现生鸟类相匹配，鉴别出化石羽毛的颜色。

对于早期羽毛的颜色，目前有据可依的复原色仅有黑色、棕色、红棕色和灰色。而这些都是基于色素体的颜色。那些鲜丽的颜色比如绿色和黄色都是结构色，在羽毛中以另一种形式形成，几乎无法可视地保存下来。然而随着古生物学家们的不断努力，新技术的不断发展，我相信在不久的将来我们就能够观测到结构色的存在。

谈到古生物学，邹晶梅这样说道：“我热爱的不仅仅是古生物学，我不会劝每个人都去做古生物学家。我所热爱的是科学本身。在科学研究的每个领域都有许多有趣的问题等待着被解决，要学习的事物不断更新，因此你永远不会觉得无聊，你会永远觉得年轻。”