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古生物學家徐星:尋找億萬年前的恐龍族群

2019-04-10      本刊記者 胡周萌

  • 徐星 4.jpg

    徐星在中國古動物館。中國古動物館由中科院古脊椎所創建,館內陳列著自5億多年前的寒武紀至距今1萬年前的地層中產出的各類脊椎動物化石,包括無頜類和有頜類魚形動物、兩棲動物、爬行動物、鳥類、哺乳動物和古人類化石,以及舊石器標本及模型。攝影 陳建/人民畫報

  • 恐龍 2 泥潭龍標本 by ng 副本.jpg

    泥潭龍化石標本。2005年8月,徐星團隊在新疆準噶爾盆地發現該化石,4年之后,他們在英國《自然》雜志將此恐龍正式命名為泥潭龍。

  • 恐龍 3 泥潭龍復原圖 by portia sloan 副本.jpg

    泥潭龍復原圖(Portia Sloan繪制)。泥潭龍是生活在大約1.6億年前的侏羅紀時期的一種小型恐龍,身長約1.7米,像鳥一樣沒有牙齒,具喙,前肢短小,后肢修長。

  • 恐龍 4  泥潭龍手掌 black ground.jpg

    泥潭龍手部骨骼。通過綜合分析泥潭龍等恐龍化石和現代鳥類胚胎發育信息,徐星團隊提出,恐龍在向鳥類的演化過程中,最內側和最外側兩指退化并消失,最終形成具有三個手指的手部。

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  當命運的硬幣連續擲出徐星想要的那一面,他疾步前行,層層揭開恐龍族群的神秘面紗。

  在古生物研究的圈子里,徐星的名字誰都不會陌生。2012年,英國《自然》雜志曾這樣評價他:“徐星革新了恐龍進化研究,幫助中國成為古生物學的動力室。他已經給60多個物種進行了命名,比今天其他任何一個在世的脊椎動物古生物學家所命名的都多。”

  徐星與古生物研究的緣分始于偶然。他1969年出生在新疆伊犁,少年時代常夢想成為物理學家,18歲考入北京大學,因為可供選擇的專業有限,被分配到古生物學,畢業后保送到中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(簡稱為中科院古脊椎所)。求學期間,徐星曾動過轉專業讀經濟學的念頭,還自學過一段時間計算機,直到研究生三年級真正接觸恐龍化石,研究古生物的興趣種子才終于降落在他內心,開始發芽。

  “先結婚,后戀愛。”徐星這樣形容自己科研事業的起步。“真正投入研究后我才發覺,看化石、看標本、寫論文其實挺有意思的。”此后二十余載,他的人生與相隔億萬年的恐龍族群密切交織在一起。  

尋寶無人區

  徐星說自己是個好動的人,一年到頭泡在辦公室或實驗室的工作不適合他。好在恐龍研究是門“動靜結合”的學問,既要在顯微鏡前觀察化石,在電腦前分析數據、寫論文,也要走近自然、采集化石。

  20世紀90年代末開始,徐星幾乎每年都組織隊員去野外考察,足跡跨越了新疆、東北三省、內蒙古、河北、山東、云南和湖南等地。他們到的大多是沙漠戈壁地區,采集周期最長達到70天,短也要幾個星期,隊伍規模多則二三十人,少則十幾人,采集區域大到幾十平方公里,小到僅幾十平方米。支起幾頂帳篷就是野外營地,隊員們吃喝拉撒睡都在營地解決。有時營地離水源地幾百公里,全靠汽車每周外出一次,運輸生活物資。據徐星回憶,早年在野外曾連續行走20余天,襪子因為攢了太多鹽和塵土,竟然硬得可以“立起來”。

  在沙漠戈壁地區,野外隊員常常頭頂烈日,每天行走二三十公里。翻車、毒蟲咬傷,各種事故風險暗藏途中。在新疆準噶爾盆地,徐星經歷了一次驚險—載著他和另外兩名外國科學家的汽車從山坡上駛下來,不到半小時,剎車管就斷了。“幸好當時我們已經到達山下,如果提早30分鐘丟了剎車,后果不堪設想。”

  如果說艱苦的工作環境尚可忍受,漫長枯燥的勞動之后卻沒有收獲,這樣的科考結果實際上更考驗人的意志。雖然研究者會根據地質條件和已有研究的分析和判斷來進行野外考察選址,但挖掘化石的過程仍然充滿了不確定性。徐星坦言,在歷次野外采集中,至少有三分之一沒有發現具有明顯研究價值的化石。

  但徐星仍是幸運的。在前人未有收獲的地方,他的團隊常能找到重要的化石標本。例如在國內外多個考察隊工作過的內蒙古二連浩特,徐星團隊發現了四個恐龍新屬種,其中二連巨盜龍被美國《時代》雜志評選為2007年度世界十大科技發現之一。

  “有些發現非常偶然,但如果不堅持去野外,偶然就不會發生。”

  徐星采集過體積最小的恐龍化石是散落在地 表的小牙齒,小到肉眼無法看清。在微體化石較多的區域,野外隊員通常伏在地面尋找,“腦袋、眼睛都快貼著地了”。論體積龐大的化石,徐星曾采集到一個蜥腳類恐龍化石,包裹著化石的巖石單個重達六、七噸。“那個化石還不完整,完整的話,光龍的脖子就接近15米長。”

  年輕時,徐星每年總要在野外度過三、四個月。伴隨著收獲恐龍化石的喜悅,他的身體也不斷損耗,膝蓋和腸胃都落下了毛病。一次在野外搬運重達50公斤的石膏袋子時,徐星不慎嚴重扭傷腰部,至今未痊愈。盡管如此,這位50歲的古生物學家依然無法抗拒大自然的吸引力,野外考察仍是他每年的必備工作項目。他知道,自己內心最渴望回答的那些研究問題,只有在恐龍曾經生活過的地方才能找到答案。

“恐龍從來沒有滅絕”

  挖掘化石、找到研究材料只是古生物研究的第一環“。有了米,做成怎樣一鍋飯?解釋資料和數據,得靠科學家的思維和訓練。”在徐星眼里,做科研就像“打游戲”——發現有意思的問題,然后解決它——而他投入心力最多的“關卡”,無疑是對鳥類起源問題的研究。

  早在1868年,英國博物學家赫胥黎就提出鳥類可能演化自恐龍。一個多世紀過去,直到徐星參加工作的1995年,雖然恐龍起源假說已成為學術界的主流假說,但依然存在諸多質疑。例如:始祖鳥生活在約1.5億年的晚侏羅世,而當時發現的似鳥恐龍化石卻都出現在始于1.45億年前的白堊紀;似鳥恐龍有三個手指,化石證據顯示它們是退化掉外側的“無名指”和“小拇指”剩下的,而現代鳥類胚胎發育學研究認為,鳥的手指是退化掉最內側的“大拇指”和最外側的“小拇指”剩下的。

  “對科學研究來說,回答質疑的最好辦法就是找到更多證據,做更多分析。”經過多年野外考察,徐星團隊不僅找到了比始祖鳥生活時期更早的侏羅紀時代似鳥恐龍的化石,還發現了令人驚喜的泥潭龍化石。對泥潭龍化石的研究顯示,恐龍在進化中丟失的不是外側兩個手指,而是“大拇指”和“小拇指”,因此似鳥恐龍其實有著和現生鳥類一樣的中間三個手指。

  過去20余年里,徐星一直努力厘清鳥類與恐龍之間千絲萬縷的聯系。隨著重要化石不斷在全國各地被發現,恐龍演化成鳥類的大致框架得以逐步建立。

  2000年,徐星和周忠和院士等在遼寧西部發現了小盜龍化石。小盜龍腳的形狀、腳趾的長度、爪子的彎曲度都與部分生活在樹上的鳥相似。隨后幾年發現的小盜龍化石顯示,小盜龍的羽毛結構是不對稱的,這恰好符合飛行能力強的鳥類的特點,而且它的羽毛不僅分布在前肢和尾巴上,還分布在后肢上,即小盜龍長了四個翅膀。隨后十幾年,在遼寧、內蒙古和河北發現的諸多化石顯示,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身體結構。

  “恐龍開始是在地面生存,后來其中一支轉移到了樹上,然后演化出了四個翅膀,隨著前面的翅膀越來越發達,后腳上的翅膀慢慢退化,最終變成了我們今天熟悉的鳥類。”徐星解釋道,“用句通俗的話說,恐龍從來沒有滅絕。”   

知識在流動

  “缺乏信息是科研最大的障礙。”徐星回憶說,“20世紀6070年代,國內古生物研究的能力和方法總體上比較落后。改革開放以后,尤其是互聯網的使用給科研人員打開了一扇窗,共享國外的研究方法和成果容易了很多,國內的研究速度也有了很大的提高。”

  20世紀90年代中期,徐星自己掏錢安裝了一個可以撥號上網的“貓”,開始給國外學者寫電子郵件,或請求提供文獻,或希望解釋科學概念和方法,或請教對自己論文的評論意見。美國華盛頓大學的古生物教授詹姆斯·克拉克是最早給他回信的學者之一。

  “當時我和導師趙喜進一起研究鐮刀龍類‘峨山龍’的化石材料,那時學界一般認為鐮刀龍類生活在白堊紀,而這個化石卻顯示鐮刀龍類最早出現在侏羅紀。”徐星說,“克拉克給了我新的啟發,他認為這個發現可以用來探討鳥類起源問題。這個化石雖然不是強有力的證據,但也能說明在侏羅紀似鳥恐龍是可能存在的。”

  這項研究的論文后來發表在美國《古脊椎動物學報》和英國《自然》雜志,成為了徐星第一份重磅研究成果。此后,克拉克也成為徐星結誼多年的研究伙伴。自2000年以來,他們幾乎每年都一起去野外考察。

  “我們去過新疆、內蒙古,他和當地古生物學者的關系都很好。”克拉克說,“徐星對恐龍化石有著不懈的追求,而且他對解剖恐龍化石非常在行。”

  “關于生物進化的問題,全世界都很關注。”徐星認為,“古生物學不是實用性強的學科,但不把實用當目的,找到未知世界的可能性反而更大。”

  這些年,徐星赴美國、英國、阿根廷等多個國家參加學術會議,共發表中、英文學術論文近250篇。“科學的一個基本特征就是要公開發表論文,讓同行來評議。”

   在徐星看來,知識不應停留在學術圈內,也要向公眾傳播。他積極籌建內蒙古二連盆地白堊紀恐龍國家地質公園、山東諸城白堊紀恐龍國家地質公園、新疆昌吉恐龍館等多個自然博物館,參與錄制電視臺和電臺的科普節目,勤寫科普文章,《飛向藍天的恐龍》一文還入選了人教版小學語文課本。徐星尤其樂于給小朋友做恐龍科普,分享探索自然奧秘的樂趣。走進他在中科院古脊椎所的辦公室,目光很容易被立柜一側密密地貼著的幾封筆跡稚嫩的信件吸引,那些信里都是孩子們親切的問候和充滿好奇心的提問。

  “科學家喜歡發問,小孩也是如此。孩子的潛力 是無窮的,他們的能力可能超出我們的想象。”

  (本報道未署名圖片由徐星提供)

   

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古生物學家徐星:尋找億萬年前的恐龍族群

2019-04-10      本刊記者 胡周萌

  當命運的硬幣連續擲出徐星想要的那一面,他疾步前行,層層揭開恐龍族群的神秘面紗。

  在古生物研究的圈子里,徐星的名字誰都不會陌生。2012年,英國《自然》雜志曾這樣評價他:“徐星革新了恐龍進化研究,幫助中國成為古生物學的動力室。他已經給60多個物種進行了命名,比今天其他任何一個在世的脊椎動物古生物學家所命名的都多。”

  徐星與古生物研究的緣分始于偶然。他1969年出生在新疆伊犁,少年時代常夢想成為物理學家,18歲考入北京大學,因為可供選擇的專業有限,被分配到古生物學,畢業后保送到中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(簡稱為中科院古脊椎所)。求學期間,徐星曾動過轉專業讀經濟學的念頭,還自學過一段時間計算機,直到研究生三年級真正接觸恐龍化石,研究古生物的興趣種子才終于降落在他內心,開始發芽。

  “先結婚,后戀愛。”徐星這樣形容自己科研事業的起步。“真正投入研究后我才發覺,看化石、看標本、寫論文其實挺有意思的。”此后二十余載,他的人生與相隔億萬年的恐龍族群密切交織在一起。  

尋寶無人區

  徐星說自己是個好動的人,一年到頭泡在辦公室或實驗室的工作不適合他。好在恐龍研究是門“動靜結合”的學問,既要在顯微鏡前觀察化石,在電腦前分析數據、寫論文,也要走近自然、采集化石。

  20世紀90年代末開始,徐星幾乎每年都組織隊員去野外考察,足跡跨越了新疆、東北三省、內蒙古、河北、山東、云南和湖南等地。他們到的大多是沙漠戈壁地區,采集周期最長達到70天,短也要幾個星期,隊伍規模多則二三十人,少則十幾人,采集區域大到幾十平方公里,小到僅幾十平方米。支起幾頂帳篷就是野外營地,隊員們吃喝拉撒睡都在營地解決。有時營地離水源地幾百公里,全靠汽車每周外出一次,運輸生活物資。據徐星回憶,早年在野外曾連續行走20余天,襪子因為攢了太多鹽和塵土,竟然硬得可以“立起來”。

  在沙漠戈壁地區,野外隊員常常頭頂烈日,每天行走二三十公里。翻車、毒蟲咬傷,各種事故風險暗藏途中。在新疆準噶爾盆地,徐星經歷了一次驚險—載著他和另外兩名外國科學家的汽車從山坡上駛下來,不到半小時,剎車管就斷了。“幸好當時我們已經到達山下,如果提早30分鐘丟了剎車,后果不堪設想。”

  如果說艱苦的工作環境尚可忍受,漫長枯燥的勞動之后卻沒有收獲,這樣的科考結果實際上更考驗人的意志。雖然研究者會根據地質條件和已有研究的分析和判斷來進行野外考察選址,但挖掘化石的過程仍然充滿了不確定性。徐星坦言,在歷次野外采集中,至少有三分之一沒有發現具有明顯研究價值的化石。

  但徐星仍是幸運的。在前人未有收獲的地方,他的團隊常能找到重要的化石標本。例如在國內外多個考察隊工作過的內蒙古二連浩特,徐星團隊發現了四個恐龍新屬種,其中二連巨盜龍被美國《時代》雜志評選為2007年度世界十大科技發現之一。

  “有些發現非常偶然,但如果不堅持去野外,偶然就不會發生。”

  徐星采集過體積最小的恐龍化石是散落在地 表的小牙齒,小到肉眼無法看清。在微體化石較多的區域,野外隊員通常伏在地面尋找,“腦袋、眼睛都快貼著地了”。論體積龐大的化石,徐星曾采集到一個蜥腳類恐龍化石,包裹著化石的巖石單個重達六、七噸。“那個化石還不完整,完整的話,光龍的脖子就接近15米長。”

  年輕時,徐星每年總要在野外度過三、四個月。伴隨著收獲恐龍化石的喜悅,他的身體也不斷損耗,膝蓋和腸胃都落下了毛病。一次在野外搬運重達50公斤的石膏袋子時,徐星不慎嚴重扭傷腰部,至今未痊愈。盡管如此,這位50歲的古生物學家依然無法抗拒大自然的吸引力,野外考察仍是他每年的必備工作項目。他知道,自己內心最渴望回答的那些研究問題,只有在恐龍曾經生活過的地方才能找到答案。

“恐龍從來沒有滅絕”

  挖掘化石、找到研究材料只是古生物研究的第一環“。有了米,做成怎樣一鍋飯?解釋資料和數據,得靠科學家的思維和訓練。”在徐星眼里,做科研就像“打游戲”——發現有意思的問題,然后解決它——而他投入心力最多的“關卡”,無疑是對鳥類起源問題的研究。

  早在1868年,英國博物學家赫胥黎就提出鳥類可能演化自恐龍。一個多世紀過去,直到徐星參加工作的1995年,雖然恐龍起源假說已成為學術界的主流假說,但依然存在諸多質疑。例如:始祖鳥生活在約1.5億年的晚侏羅世,而當時發現的似鳥恐龍化石卻都出現在始于1.45億年前的白堊紀;似鳥恐龍有三個手指,化石證據顯示它們是退化掉外側的“無名指”和“小拇指”剩下的,而現代鳥類胚胎發育學研究認為,鳥的手指是退化掉最內側的“大拇指”和最外側的“小拇指”剩下的。

  “對科學研究來說,回答質疑的最好辦法就是找到更多證據,做更多分析。”經過多年野外考察,徐星團隊不僅找到了比始祖鳥生活時期更早的侏羅紀時代似鳥恐龍的化石,還發現了令人驚喜的泥潭龍化石。對泥潭龍化石的研究顯示,恐龍在進化中丟失的不是外側兩個手指,而是“大拇指”和“小拇指”,因此似鳥恐龍其實有著和現生鳥類一樣的中間三個手指。

  過去20余年里,徐星一直努力厘清鳥類與恐龍之間千絲萬縷的聯系。隨著重要化石不斷在全國各地被發現,恐龍演化成鳥類的大致框架得以逐步建立。

  2000年,徐星和周忠和院士等在遼寧西部發現了小盜龍化石。小盜龍腳的形狀、腳趾的長度、爪子的彎曲度都與部分生活在樹上的鳥相似。隨后幾年發現的小盜龍化石顯示,小盜龍的羽毛結構是不對稱的,這恰好符合飛行能力強的鳥類的特點,而且它的羽毛不僅分布在前肢和尾巴上,還分布在后肢上,即小盜龍長了四個翅膀。隨后十幾年,在遼寧、內蒙古和河北發現的諸多化石顯示,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身體結構。

  “恐龍開始是在地面生存,后來其中一支轉移到了樹上,然后演化出了四個翅膀,隨著前面的翅膀越來越發達,后腳上的翅膀慢慢退化,最終變成了我們今天熟悉的鳥類。”徐星解釋道,“用句通俗的話說,恐龍從來沒有滅絕。”   

知識在流動

  “缺乏信息是科研最大的障礙。”徐星回憶說,“20世紀6070年代,國內古生物研究的能力和方法總體上比較落后。改革開放以后,尤其是互聯網的使用給科研人員打開了一扇窗,共享國外的研究方法和成果容易了很多,國內的研究速度也有了很大的提高。”

  20世紀90年代中期,徐星自己掏錢安裝了一個可以撥號上網的“貓”,開始給國外學者寫電子郵件,或請求提供文獻,或希望解釋科學概念和方法,或請教對自己論文的評論意見。美國華盛頓大學的古生物教授詹姆斯·克拉克是最早給他回信的學者之一。

  “當時我和導師趙喜進一起研究鐮刀龍類‘峨山龍’的化石材料,那時學界一般認為鐮刀龍類生活在白堊紀,而這個化石卻顯示鐮刀龍類最早出現在侏羅紀。”徐星說,“克拉克給了我新的啟發,他認為這個發現可以用來探討鳥類起源問題。這個化石雖然不是強有力的證據,但也能說明在侏羅紀似鳥恐龍是可能存在的。”

  這項研究的論文后來發表在美國《古脊椎動物學報》和英國《自然》雜志,成為了徐星第一份重磅研究成果。此后,克拉克也成為徐星結誼多年的研究伙伴。自2000年以來,他們幾乎每年都一起去野外考察。

  “我們去過新疆、內蒙古,他和當地古生物學者的關系都很好。”克拉克說,“徐星對恐龍化石有著不懈的追求,而且他對解剖恐龍化石非常在行。”

  “關于生物進化的問題,全世界都很關注。”徐星認為,“古生物學不是實用性強的學科,但不把實用當目的,找到未知世界的可能性反而更大。”

  這些年,徐星赴美國、英國、阿根廷等多個國家參加學術會議,共發表中、英文學術論文近250篇。“科學的一個基本特征就是要公開發表論文,讓同行來評議。”

   在徐星看來,知識不應停留在學術圈內,也要向公眾傳播。他積極籌建內蒙古二連盆地白堊紀恐龍國家地質公園、山東諸城白堊紀恐龍國家地質公園、新疆昌吉恐龍館等多個自然博物館,參與錄制電視臺和電臺的科普節目,勤寫科普文章,《飛向藍天的恐龍》一文還入選了人教版小學語文課本。徐星尤其樂于給小朋友做恐龍科普,分享探索自然奧秘的樂趣。走進他在中科院古脊椎所的辦公室,目光很容易被立柜一側密密地貼著的幾封筆跡稚嫩的信件吸引,那些信里都是孩子們親切的問候和充滿好奇心的提問。

  “科學家喜歡發問,小孩也是如此。孩子的潛力 是無窮的,他們的能力可能超出我們的想象。”

  (本報道未署名圖片由徐星提供)

   

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    徐星在中國古動物館。中國古動物館由中科院古脊椎所創建,館內陳列著自5億多年前的寒武紀至距今1萬年前的地層中產出的各類脊椎動物化石,包括無頜類和有頜類魚形動物、兩棲動物、爬行動物、鳥類、哺乳動物和古人類化石,以及舊石器標本及模型。攝影 陳建/人民畫報

  • 恐龍 2 泥潭龍標本 by ng 副本.jpg

    泥潭龍化石標本。2005年8月,徐星團隊在新疆準噶爾盆地發現該化石,4年之后,他們在英國《自然》雜志將此恐龍正式命名為泥潭龍。

  • 恐龍 3 泥潭龍復原圖 by portia sloan 副本.jpg

    泥潭龍復原圖(Portia Sloan繪制)。泥潭龍是生活在大約1.6億年前的侏羅紀時期的一種小型恐龍,身長約1.7米,像鳥一樣沒有牙齒,具喙,前肢短小,后肢修長。

  • 恐龍 4  泥潭龍手掌 black ground.jpg

    泥潭龍手部骨骼。通過綜合分析泥潭龍等恐龍化石和現代鳥類胚胎發育信息,徐星團隊提出,恐龍在向鳥類的演化過程中,最內側和最外側兩指退化并消失,最終形成具有三個手指的手部。

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