SELF实录|徐星：寻找四翼恐龙

在中科院“SELF格致论道”公益讲坛2015年度大会上，徐星博士做了一场关于四翼恐龙的精彩报告。小编整理了一下报告内容，带大家走入四翼恐龙的世界。

如今，鸟类是由恐龙的一支演变而成已经是大家认可的说法。不过庞大的恐龙怎么会变成轻盈的鸟类呢？它是如何长出羽毛，又是怎么学会飞的呢？长久以来每门科学都有问题，只要有问题存在就有人试图解决问题，这是每个科学家矢志不渝在做的事情。现在，就有很多科学家在想办法探索恐龙怎么飞向蓝天这样的问题。

几种假说

恐龙生活在地面上，很可能就像今天的飞机一样，通过奔跑，慢慢演化出飞行结构进而翱翔蓝天。另外一种假说认为会飞的动物会借助重力学会飞行，恐龙也是如此，从力学角度来解释这种说法自然是容易的。此外还有假设认为一些早期的恐龙在奔跑爬坡当中慢慢演化出了翅膀，然后学会了飞行。提出假说只是第一步，对古生物学来说关键必须找到证据，而这个证据就是化石。下面我们就跟随着徐星博士的经历来探寻四翼恐龙的发现。

寻找化石的漫漫长路

对于徐星来说，工作很大一部分是寻找化石证据，并用这些证据解答像飞行起源等一系列的古生物问题。那么，怎么知道哪里有化石呢，又是怎么采集这些化石的呢？对于公众来说这可能根本无法想象。不过古生物学家通过地质图来了解地球表面哪个区域可能有化石，这是恐龙古生物学家最常用的研究渠道。徐星的工作环境大多是戈壁沙漠地区的无人区，他和团队每天的工作很简单，从清晨到晚上，睁大双眼在目标岩石中寻找化石，一天要走20公里，片刻不敢懈怠。也许有人会问，为什么走那么慢？因为对于找化石来说，走得太快会错失很多的机会，这种漫长的寻找是找到化石的重要步骤。如果运气好找到了化石，还要判断要不要采集以及是否需要运回实验室，每一步都需要有科学严谨的态度。下图就显示了他们的工作环境。

戈壁沙漠的工作环境

事实上，对于研究恐龙怎么变成鸟类来说，沙漠地区并不是合适的研究区域。这是因为沙漠戈壁地区的岩石一般都是砂岩或者泥岩，这种岩石很难保存羽毛的结构，而恐龙变成鸟类的重要标志是演化出翅膀。因此要换一个地方寻找化石。其实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就会发现那里有很多山脉，也不是很高，走近仔细看，你会发现山脉当中有一种特殊岩石就是页岩，这种岩石对于保持原始组织羽毛痕迹非常有利。因此辽西和周边地区科学家在这里发现很多很有意思的化石，徐星也来到这里寻找化石。这里和沙漠戈壁地区是完全不一样的环境，在戈壁地区找化石时，徐星他们住在小帐篷里，而在辽西，他们住在农民的家里 ，一个炕往往住十几个人。

辽西环境

科学研究的坚持与幸运

1997年徐星第一次到这个区域寻找化石，秋末冬初，在东北地区已经开始下雪了。他们挖的是一个化石坑，坑有很多冰楞子。持续工作了三四十天都没有收获，这种情况经常遇到。对于古生物学者来说，常常辛苦工作一年却没有什么结果，这对古生物学者心理上是巨大的考验。但是对于科学研究来说，唯一能做的就是坚持。非常幸运的是，徐星和他的队友在野外的最后一天晚上迎来了一位农民。这位农民告诉他们，一年前农民曾在这个地区发现很多碎片，这些碎片可以给他们作为科学研究。虽然最初并没有抱太多希望，但是当徐星他们把这些碎片拿回北京进行修理和拼接之后，经过研究发现它竟然是长着羽毛的恐龙。虽然有一点遗憾的是它羽毛没有变成形成翅膀的羽毛，不过这个惊喜的发现给了徐星一点点希望，使他们得以继续在这个区域工作下去。

第二年，他们选择夏天来到辽西地区，并在这里工作了70天，每天在周边挖掘岩石。又一次，直到野外结束的时候，还没有找到他们想要找的东西。不过，命运总是在你坚持到最后的时候送上一份大礼，在野外几乎最后一天要结束的时候，团队又发现一块标本，而这次这块标本让他们有机会回答恐龙是怎样飞向蓝天的问题。

这个化石看起来也不是特别漂亮，通过研究分析，他们发现这块化石是被命名为中国鸟龙的恐龙，化石显示它的前肢有了可以用来飞翔的羽毛，已经可以像现在的鸟类一样进行拍打。事实上，鸟类的拍打动作非常重要，这是让它从地面飞向蓝天的非常重要的信息。从那以后，徐星每年都要来到这个地区进行寻找，希望找到类似的化石。　　

中国鸟龙

1999徐星再次来到这里，这一次幸运之神又一次降临。在徐星自己的野外旅行中，偶然遇见一个农民，他向徐星展示了他家后院发现的一块化石。这个化石不是很漂亮，而且非常小，如果把它整个身体复原起来甚至可以站在你的手掌上。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，那就是身体一定要变小，否则我们难以想象一个几十吨重的恐龙怎么飞向蓝天。而徐星发现的这个小恐龙只有三四百克，小到足以飞向蓝天。此外，在这个恐龙的后腿上发现了非常粗大的羽毛。在科学研究的过程中，科学家有很多问题要解答，但是在这个过程中又会出现很多新的问题，你会发现正是这些层出不穷的问题将人类推向了真理。

农民家的发现

突破思维定式把握细节

那么这种粗大的羽毛意味着什么呢？

在今天，除了鸟类以外所有会飞的动物都有这样一个倾向，它会把自己身体体表所有部分尽量扩展出来帮助它飞行。蝙蝠不光像鸟类一样在前肢上有翼，它的翼也会延伸到后肢上，这种现象叫做四翼状态。会飞行会滑行的动物尽可能把体表扩展起来进行飞行，只有鸟类是例外的。鸟类前肢用来飞行，后肢是用来奔走的。不过鸟类可能也曾经经过这样的四翼状态，只是从来没有化石发现。

四翼状态的动物

事实上，虽然小恐龙的发现曾经困惑徐星一段时间，但是他们并没有意识到，他们其实站在很重要发现的边缘。这个发现并不是徐星他们团队独有的，在辽西地区还有很多研究团队做工作，在他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，针对的几乎是一样的化石。该小组发现小恐龙的脚上和整个四肢都覆盖着粗大的羽毛。而现在鸟类完全靠前肢飞行，后肢是用来行走的，没有羽毛，是鳞片覆盖的。因此文章作者的研究小组认为化石保存的羽毛一定是从前肢冲到后肢然后保存成化石了。然而事实证明他们的结论是被思维定式所影响而走向了错误的方向。另外一个研究小组也研究了同样的化石，虽然他们没有说羽毛从前肢冲到后肢的，但他们却忽视了后肢羽毛排序的不对称性，而不对称性是鸟类飞翔的最大动力。

小盗龙复原图

因此虽然两个小组都先于徐星发表论文，但是却给徐星团队留下了空间。徐星他们认为这个恐龙代表着演化过程的一个缺失环节即四翼状态。徐星的文章发表以后受到很多的质疑和批评。而对于古生物学家来说反驳批评的最好方法就是寻找更多的化石。他们又发现一系列的带羽毛长四个翅膀的恐龙化石。除此之外还在偏僻的山东天宇自然博物馆找到了另外一些更有意思的化石，这里收藏了更多的带羽毛的化石和标本，化石显示早期鸟类不仅腿上有羽毛存在，脚上也有。早期鸟类跟恐龙一样也长四个翅膀。也许恐龙变成鸟类就经历这样一个过程，早期生活在地面，慢慢它上树了，随着前肢越来越强，把后肢的翅膀退化掉了。

2004年度鸟类起源被美国科学杂志列为年度十大科学突破，其中最重要的发现就是徐星刚才提到的这些发现。而这个发现的最终成功并不是某个因素就能决定的。对一个科技研究者来说，要想取得成功，首先要辛勤付出。而兴趣则是重要的动力，能够支撑科学工作者走过众多没有突破而又必须坚持的日夜。对徐星来说，虽然现在是资深的古生物学者，而化石也成为他生命的一部分。但是从上大学到读研究生他都并不喜欢这个专业，直到真正进入这个领域，才发现这是很有意思的方向。

在中科院SELF公益讲坛2015年度大会上，徐星这样总结道，兴趣是可以后天建立的，做有兴趣的工作会激发人们无穷的能量，而这种能量让你付出，让你坚持，让你去发现伟大的事物。同时你必须要突破自己的思维，打破固有的知识，当然还有一系列的品质，最终，你才能成为一个优秀的科学家。

“SELF格致论道”是中国科学院全力推出的公益讲坛，致力于精英思想的跨界传播。SELF是 Science, Education, Life, Future的缩写，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。SELF尝试打破过去纯粹以“知识传播”为主的科普形式，专注于思想的传播，力图从思想的源头上促进公众参与科学的积极性，打造具有中国科学院特色的、融合创新、科学与人文关怀并存的公益演讲品牌。

登陆“SELF格致论道”官方网站获取更多信息（http://self.org.cn/）。本期视频也将陆续在官网上推出，敬请关注。

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