中国是世界上研究鸟类早期演化最好的地方

作者: 邹晶梅

来源: SELF格致论道讲坛

发布日期: 2017-06-09 18:00:35

邹晶梅,中科院最年轻的外籍研究员之一,分享了她在中国研究古鸟类演化的经历。她强调了中国的鸟类化石资源丰富,是研究鸟类早期演化的理想地点。通过她的研究和发现,揭示了古鸟类的生物学特征和化石保存的独特条件。

中国是世界上研究鸟类早期演化最好的地方。6月8日,中加美等国的古生物学家宣布,发现了有史以来第一件琥珀中较为完整的雏鸟标本。此次发表的标本是一只较为完好的反鸟类雏鸟,记载了其生命最初几周的骨学和羽毛特征。作为此次科学家研究团队中的成员邹晶梅,她是中科院最年轻的外籍研究员之一,在拥有全球最多恐龙和鸟类化石的中国,到底在做着怎样的研究呢?

在SELF讲坛,邹晶梅为我们一一揭秘。每个人的人生都是一场独特的旅行,目的地并不是最重要的,沿途的风景才最值得我们享受,它让我们的生命变得独一无二让这个世界变得丰富多彩。我是一名古生物学家,我的研究对象是那些已经灭绝的动物所遗留下来的化石。大多数古生物学家从小就对恐龙感兴趣,并立志从事古生物学研究,而我却较晚才找到自己的兴趣所在,今天我将和大家分享我的人生旅程,我是如何来到中国的。

说起来有点老生常谈,但我不得不说,我妈妈是我最大的榜样,我妈妈也是一名地质学家,她在香港长大,但祖籍在山东,在40岁的时候,她重返校园攻读地质学的博士学位,当我自己攻读博士学位的时候,我才意识到这简直是件壮举,尤其是她同时还要4个小孩需要抚养,而他最终也获得了博士学位。我妈从小就十分热爱地质学,她总是跟随自己的内心做自己喜欢的事,这对我的人生影响十分深刻。

虽然我在洛杉矶长大,但我们在家吃饭都会用筷子,并且每年都会过中秋节和春节,我从小就特别喜欢中华文化。2001年我们全家来到中国旅游,这次旅途改变了我的一生,领我深深地爱上了中国。当时我就心想,我总有一天要来中国生活。

在我实现在中国生活的梦想之前,首选我要去读大学,在那儿我遇到了一位很棒的老师,作为导师他工作特别认真,帮你寻找你的热情所在,他是一位古生物学家,叫做Don Prothero,老实说,若不是他的热情深深地影响了我,我可能现在就不是古生物学家了。

俗话说得好,选择一份你热爱的工作,它将变成一种享受,所以我选择了研究古鸟类的演化。世界上目前已知的中生代鸟类化石超过一半发现于中国,使得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。关于孔子鸟的另一件有趣的事情是,他们其中的一些有着美丽的长长的尾羽,而有些却没有,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,会鸟具有很大的翅膀,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。那为什么在中国能发现这么多精美无比的鸟类化石呢?想要解答这个疑问,必了解化石是如何形成的,一块化石的形成要求动物在死亡后尸体迅速地被掩埋而不被吃掉或破坏掉,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,进入湖泊的同时会带入沉积物,当这些沉积物沉到河底,便丧失了能量沉淀下来,于是在湖泊的底部,河流带来的沉积物持续沉积。

可以想象当一只孔子鸟飞过湖泊上空,遭遇火山灰,因不敌毒气落入湖中,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,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吃掉鸟的残骸,鸟的尸体也得以完好保存。

热河生物群产出的化石另一个令人惊叹之处在于,它常常保存有一些化石记录中极少保存下来的生物结构,一些软组织如羽毛、消化系统和身体其他部位。以燕鸟为例,在它的嗉囊也就是食道的一部分的位置,保存了两条完整的鱼,在砂囊中还保存了一些部分被消化的鱼骨,同时还要一些羽毛印痕。

遗憾的是,我们至今依然无法破解出在化石形成过程中这些软组织的如何保存下来的,我能告诉你这个过程异常复杂,每件化石都像一片雪花一样,各有不同,在具有微小差别的环境中形成,即使是在同一块化石上,不同的部分也代表着独特的化学微环境,从而形成了不同的保存形式,所以这很难弄清楚。

我在研究过程中遇到过的最有趣的软组织化石记录是鸟类的生殖系统,在化石上寻找胃容物的痕迹时,意外地发现了成熟的卵泡,这是鸟类化石中生殖系统的首次发现,在这件化石上,一堆卵泡仅保存在身体的一侧,这意味着,早期鸟类和现生鸟类一样,只有一个卵巢。生殖系统的发现意义重大,它使得科学家确定这件化石标本的性别——它一定是只雌鸟,与此同时他没有保存任何加长的尾羽,因此支持了仅有雄性才具有美丽的长尾羽这一假说。

我目前的研究工作是从尽可能多的角度来探索化石鸟类,比如持续关注保存有卵巢的新化石标本,研究恐龙和鸟类繁殖行为的起源,我还将运用骨组织学手段,研究早期鸟类的生长发育,根据保存有胃容物的标本,研究食性的分化,当然还有那些精美的羽毛。我们已经能够知道这些灭绝鸟类羽毛的颜色,在现生鸟类中,不同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,那些鲜亮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式,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。

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,尽管听起来有些矫情,但对我来说,发现一个不为人知的问题,然后成为第一个去解决它的人,从而扩展人类的知识边界真实太酷了。

当你学的东西越多,你就发现有更多要去学的东西,我常常向其他科学家问些问题,然后发现我们仍然有太多不懂的东西,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,因此你不会觉得无聊,你会永远觉得年轻。

科学是一个不断扩展的世界,你有无数条路可以去寻找你的热情所在,科学家们也并不无趣,照片上正在狂欢的都是古生物学家,这张照片拍摄于去年北美古脊椎动物学年会的结束之时,这是我们研究领域中最重要的会议,但在为期五天的会议的末尾之时,从老教授到年轻学生,每个人都从晚上跳舞到凌晨两点,而我是当场的DJ。

我对我所从事的工作充满着热情,我希望你们也能够找到你们的热情所在。

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