出品：中国科普博览 SELF格致论道讲坛导语：鸟类是由恐龙的一支演变而来是科学界的共识，但是庞大笨重的恐龙是怎么变成轻盈的鸟类？它是如何长出羽毛，又是怎么学会飞的呢？长久以来,科学家们都在试图寻找这些问题的答案。---嘉宾介绍---徐星古生物学家以下内容为徐星演讲实录：大家下午好！我们知道恐龙的一支变成鸟类这是世界科学界大家认可的结论，在这个大的框架下，有一个困惑了古生物学家很长时间的一个问题，就是庞大的恐龙怎么能会变成轻盈的鸟类？怎么学会飞？这是很困惑大家的问题。有问题就有人解决问题，这是我们每个科学家平时要做的事情。很多科学家想办法解决恐龙怎么飞翔蓝天这样一个科学问题。所以在过去几十年当中，提出很多很多的假说。比如说有人认为恐龙是通过奔跑，然后慢慢演化出自己飞行结构，然后让飞向了蓝天。然后另一种假说，飞行会在树栖动物当中产生，也就是动物会借助重力，来学会飞行，这从力学的角度是非常自然容易的。还有一些假设说有一些早期的恐龙在奔跑爬坡当中慢慢演化出翅膀，然后学会了飞行。不管怎么样，要回答这些问题，最重要的对古生物学的研究来说要找到化石的证据，我们每天工作不是每天都去找化石，我们工作很大一部分就是寻找化石证据，用这些证据解答像飞行起源其他一系列的古生物问题。对于公众来讲很好奇，你们怎么知道哪里有化石？你们怎么采集这些化石的？对于公众来说我们在城市当中，我们看见的是钢筋混凝土，我们很难想象化石怎么出来的。大家想想自己要去哪个地方玩，我们首先查交通图，如果到广西，我要知道从北京到广西自驾车，交通图告诉我去到哪里，我们去海边要知道沿海有哪些城市，对古生物学家来说我们通过地质图知道这个地球表面哪个区域可能有哪类化石，这是作为恐龙古生物学家最常用的研究渠道。我们还有其他渠道也会告诉我们哪里有化石，一旦知道了这个区域以后，我们就会到这个区域工作。这两张照片显示出了我们生活环境，大多数是戈壁沙漠地区无人区，我们每天工作很简单，早晨出去睁大你双眼在目标岩石当中寻找，一天也许走十公里二十公里，有人说你怎么走那么慢，对于找化石来说你走太快会错失很多的机会，这种漫长寻找是我们找化石最重要的步骤，如果运气好找到了化石，那么就要做一个判断，我们把化石采集出来，需不需要运回实验室。我刚才研究的问题，恐龙怎么变成了鸟类？怎么演化出来的飞行？沙漠地区并不是合适的区域，一般典型的戈壁沙漠地区，岩石都在河里或者沙漠当中形成的岩石，比如说叫做泥岩或者沙岩，这种岩石当中没有我们需要找到的信息，我们知道恐龙变成鸟类最重要的结构是演化出翅膀，今天鸟类翅膀最重要的结构就是羽毛，在泥岩和砂岩当中很难保存羽毛的结构，所以我们换一个地方寻找化石。我刚才讲了我们典型区域是戈壁沙漠地区，但是还有很多地方是可以寻找化石的，比如说北京的周边地区，大家去河北旅游走远一点到辽宁你发现那里有很多山脉不是很高，但你走近仔细看，你发现山脉当中有一种特殊岩石就是页岩，这对保存软体组织像羽毛痕迹非常有利。过去这些年，辽西和周边地区科学家发现很多很有意思的化石，这个地方找化石跟我刚才讲戈壁沙漠地区找化石完全不同的环境。辽西植被非常丰富，我们住在辽西农民的家里，一个炕我们住十几个人，晚上睡觉你可以听到什么声音，可想而知。重要是我们在这样的地区找到我们需要的化石，这是1997年我本人第一次到这个区域寻找化石的场景，大家可以看见已经开始下雪了，我们挖的场景是一个化石坑，坑有很多冰楞子，非常寒冷的环境，条件非常艰苦，我们干了三四十天，但是非常遗憾没有收获。这样的野外经历我们经常遇见，你会很辛苦工作，但是一年下来没有什么结果，这对研究古生物学者心理上是巨大的考验。非常幸运的是，我们在野外最后一天晚上来了一位农民，到我们住的房间里，告诉我们他在前一年在这个地区发现很碎的碎片，这些碎片有用的话可以给我们作为科学研究，我们当时想农民发现碎片会有什么用处，但是当我们把这些碎片拿回北京进行修理和拼接，我们发现这是非常有意思的化石，可以为我刚才讲恐龙飞向蓝天提供一点点信息。这个碎片现在看起来很漂亮，但当时农民给我们时是几百块碎片，拼成以后研究以后我们发现它是长羽毛的恐龙，有一点遗憾的是羽毛还没有变成可以形成翅膀的羽毛，所以它给我们一点点希望让我们继续在这个区域工作下去。随后第二年我们又来到这个区域，这一次我们是夏天来到辽西地区，因为冬天太冷了，我们在这里工作了70天，每天在周边挖掘岩石，寻找我们想寻找的对象，我们确实找到了一些化石，又一次非常遗憾的是我们像前年一样直到野外结束的时候，我们还没有找到我们想要找的东西，在野外几乎最后一天要结束的时候，我们发现又一块标本，这次这块标本让我们有机会回答恐龙飞向蓝天是怎么完成的，这样一个信息。这个化石看起来也不是特别漂亮，通过研究、通过分析我们发现这块被命名为中国鸟龙的恐龙，前肢已经有了用于飞翔的羽毛，前肢已经可以像现在鸟类一样进行拍打，鸟类飞行拍打动作非常重要，这是让它从地面飞向蓝天非常关键的一步，我们知道在辽西这块有我们需要寻找的信息，从那以后每年来到这个地区进行寻找，希望找到类似的化石。在1999年，我刚才讲我们第一次是在1997年、1998年、1999年，我们每年都来这里，1999年我们又一次来到这里，不是通过我们自己挖掘，而是我自己小的野外旅行当中碰见一个农民，他给我展示在他家后院发现的一块化石，这个化石不是很漂亮，但是非常有意思。这个化石非常小，如果把它整个身体复原起来可以站在你手掌上，这个特点非常重要。我们知道庞大恐龙变成鸟类有一个关键的变化，就是身体一定要变小了，否则我们难以想象一个几十吨重的恐龙怎么样飞向蓝天，这个新发现的小恐龙的体重只有三四百克，小到足够能够飞向蓝天。这个恐龙在它后腿上长了非常粗大的羽毛，但是你发现在研究过程当中有很多问题出现，出现问题是非常非常好的事情。这种粗大的羽毛意味着什么？我们看今天所有会飞的除了鸟类以外的其他动物，你会发现它们都有这样一个倾向，它会把自己身体体表所有部分尽量扩展出来帮助它飞行。比如说我们熟悉的蝙蝠，蝙蝠的翼不光像鸟类一样在前肢上，也会延伸到后肢上，我们叫做四翼状态，会飞行、会滑行的动物会尽可能把体表扩展起来进行飞行，只有鸟类例外的，鸟类前肢飞行后肢是用来奔跑或者行走的。那么这样的现象导致在一百多年前，有一个学者就提出，可能鸟类最早也不是这么例外的，可能它的祖先也是经过这样的四翼状态。但是从来没有化石发现。虽然这个小恐龙困惑我们一段时间，但是我们也没有意识到，我们其实站在很重要发现的边缘，所以我们其实错失了一个机会，但是过去几十年当中我们运气非常好。大家看到屏幕上展现的标本，这个标本显然跟前面标本比起来不仅漂亮、不仅更美，而且它保持了更粗大的羽毛，而且整个脚上长了羽毛，这样发现并不是我们独有的。在辽西地区我们做工作，农民也做工作，除了我们还有农民做工作以外，还有其他很多研究团队也在做工作，在我们找到这个化石的同时，实际上另外一个小组已经发表了论文，针对几乎是一样的化石，当时他也发现粗大羽毛保持在脚上和整个的四肢上。但是现在鸟类完全靠前肢飞行，后肢用来行走的，现在大多数鸟类后肢是没有羽毛的，是由鳞片覆盖的。由于这个原因这个文章作者及研究小组认为化石上保存的羽毛一定是从前肢冲到后肢，然后保存成化石了，这是我们科学研究中常常遇到的现象，你会被你固有知识、定式思维引导到一个研究的方向去。还有一个研究小组也研究了同样的化石，他们也在我们之前发表了论文，虽然没有说羽毛从前肢冲到后肢的，但是他们忽略了一个细节，实际上如果你仔细看化石上的羽毛，你会发现这个羽毛很有意思，它的羽毛更像会飞的鸟，也就是说它的羽毛是不对称的，图上有两种羽毛，一种是对称羽毛，一种是不对称羽毛，而这种不对称羽毛一般是和飞行相关的。这个小组认为保存这个羽毛的化石代表一只恐龙，恐龙是绝对不会飞的，所以他没有看见明显不对称的现象，也错失了一个机会。虽然他们在我们之前发表了文章，但是给我们留下了研究空间。基于几乎同样的标本，我们提出实际上这个恐龙代表一个演化的缺失环节，叫做四翼恐龙，从鸟类变成恐龙一定要经过这样一个四翼阶段，而它后面脚上的羽毛也会像前肢一样，形成一个空气动力面，帮助恐龙飞向蓝天。我们文章发表以后得到很多的质疑，得到了很多批评，对于古生物学家来说，反驳批评最好方法就是寻找更多的化石证据，所以我们必须做更多更多的工作，我们发现了其他一系列的带羽毛、长四个翅膀的恐龙化石，我们还找到了另外一些更有意思的化石，这个化石不是在野外找到的，而是在山东一个县级博物馆来找到的，叫做山东天宇自然博物馆，这个博物馆收藏了世界上最多的带羽毛的恐龙和早期鸟类化石，我们在这里也找到了一系列的标本，包括早期鸟类的标本，我们发现这个巨大的羽毛在早期鸟类当中也存在，不仅在腿上存在，而且也像恐龙一样也在脚上存在，这说明早期鸟类跟恐龙一样也长四个翅膀。综合这些所有的证据你会发现，恐龙变成鸟类确实经历这样一个阶段，早期它们生活在地面，慢慢它上树了，然后演化出四个翅膀，然后随着它的飞行能力越来越强，它前面的翅膀越来越发达，后肢的翅膀退化掉，于是变成我们今天熟悉的鸟类，仅仅用两个翅膀来飞行。我刚才讲的这段科学经历，实际上是2014年度被美国科学杂志列为年度十大科技发现鸟类起源中非常最重要的一部分发现。我们能取得这个发现有很多很多的因素，这种因素有个人的，也有其他方面的。举个例子说要取得这些重要的发现，对一个科技研究者来说你辛勤付出，你的兴趣是非常非常重要的。像我本人自己虽然现在是资深的古生物学者，化石对于我来说是生命的一部分，我每天很长时间都在跟化石打交道，如果没有化石我没有办法想象自己的生活，但是我从上大学到读研究生我都是恨这个专业，不喜欢这个专业，我的研究生涯像一个老式的中国的婚姻，进入这个领域后发现这是很有意思的方向，所以我想在座很多未来要走向自己职业生涯、科学生涯的年轻一代，一定要记住这一点，其实兴趣是可以后天建立的，一旦建立了兴趣以后，做有兴趣的工作会激发你无穷的能量，这种能量让你付出去、去做出伟大的发现。当然科学的发现还需要其它一系列素质，你不能拘于定式思维，你要注意细节，还有其它一系列的品质，最终你才能做出一个好的科学，这是我想今天跟大家分享的，谢谢大家。“SELF格致论道”是中国科学院全力推出、中国科普博览承办的科学讲坛，致力于精英思想的跨界传播，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办。登陆“SELF格致论道”官方网站、关注微信公众号“SELF格致论道讲坛”、微博“SELF格致论道”获取更多信息。更多合作与SELF工作组[email protected]联系。

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“What did the council decide on item 42?” — answered with the speaker and the moment.

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