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恐龍是怎么被發現的

2023-05-30 14:19
大眾科學 2023年2期
關鍵詞:古生物學家恐龍化石

早在數千年前,人們就已經發現了恐龍的化石,并由此衍生出一些上古神獸的形象,比如“龍”。歐洲的一些古籍中也有關于恐龍化石的記述和插圖,但當時人們并不知道這些骨骼的真實身份。西方故事里,金字塔誕生的兩千多年前,地球以及地球上的所有生命就已經出現。這種觀點一直統治著西方世界,這為古生物化石的研究帶來了很多阻礙。

19世紀初,新英格蘭發現了大量三趾型腳印,當時人們認為這是某種巨鳥留下的。到了19世紀早期,隨著地質學研究的深入,越來越多的證據表明,地球的發展史比人們早期預想的要悠久得多,也復雜得多。學者們慢慢開始相信,地球上或許真的曾經存在過一些早已滅絕的奇異生物。

19世紀20年代,英國最早開始了現代意義上的恐龍研究??茖W家們發現了一些恐龍牙齒,發表并命名了肉食性的巨齒龍和植食性的禽龍。那數十年間,科學家們一直認為遠古沉積物中發現的骨骼屬于某些體型超大的現代爬行動物。直到1842年,理查德·歐文意識到,當時發現的許多化石并不屬于嚴格意義上的爬行動物,于是他把這些化石動物統稱為“恐龍類”。

歐文的發現推進了人們對動物演化發展的認識,他認為恐龍是超大型的爬行動物,于是人們將恐龍重新定義為 “大型四足動物”。在此基礎上,1850年,第一座恐龍復原雕塑誕生于英國水晶宮。這是恐龍第一次走進公眾的視線,人們立刻對這類神奇的龐然大物產生了濃厚的興趣,甚至還有學者在未完成的雕塑中舉行了一場宴會。這些早期的恐龍題材藝術作品一直完好地保留至今。

第一具完整的恐龍骨化石被發現

美國南北戰爭前夕,歐洲發現了第一具完整的恐龍骼化石。該化石屬于體型較小的恐龍——身上披著厚重甲板的肢龍和類似鳥類的美頜龍。這些化石的尺寸并不像預期的那樣龐大,難免有些令人失望。此后不久,索倫霍芬的上侏羅統沉積物中發現了最原始鳥類的牙齒和羽毛,這種鳥被命名為始祖鳥。這種既像恐龍又像鳥的小家伙龍鳥身上兼具了鳥類和爬行動物的典型特征,這頓時引起了學者們的極大興趣。

差不多同一時期,查爾斯·達爾文的巨著——《物種起源》問世,這為科學家給“恐龍”這類神秘物種尋找合適的分類歸屬提供了理論依據。進化論的另一位積極倡導者托馬斯·赫胥黎則認為,美頜龍與始祖鳥之間的密切相似性,表明這兩個物種之間一定存在著緊密的聯系。到了19世紀70 年代末,比利時礦工挖掘出大量完整的禽龍骨骼化石,該化石清楚地表明它們是三趾型的半兩足動物,而非完全意義上的四足動物。

接下來,讓我們把視線轉向美國。南北戰爭前,美國東岸發現過少數幾個恐龍遺址。后來,人們意識到廣袤無垠的西部地區才是無以倫比的恐龍化石的圣地。19世紀70~80 年代,兩位著名的古生物學家愛德華·柯普和查爾斯·馬什,為了發現更多、更完整的新恐龍展開了激烈競爭,這就是著名的“化石戰爭”。雙方都希望能搶在對手前面收集到完整的恐龍骨骼化石。

這一時期,的確有很多新的恐龍化石重見天日,于是我們第一次看到了經典的上侏羅統莫里遜組恐龍動物群,比如恐龍中的優秀獵手異特龍和角鼻龍,還有真正的大塊頭們、四足恐龍:迷惑龍、雷龍、梁龍和圓頂龍。同期發現的恐龍化石還包括原始禽龍類恐龍——彎龍和長著神奇盔甲的劍龍。這些化石的出現大大激發了人們對這些神秘巨獸的興趣。

到了世紀交替之際,科學家們把發掘重點轉移到較新的地層,比如蘭斯組和地獄溪組地層。在這些地層中,科學家們發現了一些生活在恐龍末代王朝的動物,比如屬于鴨嘴龍類的埃德蒙頓龍,全身披著厚重甲板和利刺的甲龍,頭上頂著大角的三角龍和龐然大物暴龍。 20世紀初,古生物學家們把眼光投向更靠北的加拿大,他們驚喜地發現,加拿大廣袤的地下埋藏著豐富的晚白堊世恐龍,如艾伯塔龍、頭上長著大型鼻角的尖角龍、有著喙狀嘴的戟龍以及長著頭冠的鴨嘴龍類恐龍——盔龍和賴氏龍。

滿世界尋找恐龍

美洲大陸的恐龍研究取得了輝煌的成就,世界上其他地區的古生物學家們也大受鼓舞,信心滿滿地去探索更多新的恐龍。在歐洲德國發現的大量板龍化石為學者們研究晚三疊世恐龍的演化史指明了方向。德國殖民者在非洲東南部地區湯達鳩發現了蜥腳類長頸巨龍——腕龍和長滿尖刺的釘狀龍。20世紀20年代,美國紐約自然史博物館的亨利·奧斯本委任羅伊·安德魯斯去蒙古尋找古人類化石,結果誤打誤撞地發現了晚白堊世的小型恐龍群,包括喙部像鸚鵡嘴的原角龍,“偷蛋專家”竊蛋龍以及與鳥類親緣關系非常近的獸腳類恐龍——伶盜龍。

學者們發現了一些恐龍蛋和完整的恐龍巢,當時他們想當然地認為這些都屬于原角龍,后來我們才知道,蛋和巢是竊蛋龍留下的。這個小插曲是紐約自然史博物館中亞探險隊給我們帶來的小小誤導。隨后,安德魯斯的隊伍繼續向北京的東北方進發,他們認為應該能在那里獲得更多驚人發現,預計將會徹底改變人們對恐龍、鳥類以及其演化史的認識。最終,古生物學家的愿望還是實現了,不過已經是四分之三個世紀以后的事情了。

在非洲南部,研究人員在下侏羅統地層發現了保存完好的腔骨龍,這充分證明恐龍在泛大陸時期的族群非常統一。一系列蜥腳類和獸腳類恐龍的新發現極大地填補了恐龍演化史的空白,非洲北部于是成為一個主要的研究中心。澳洲大陸是地球史上最穩定的大陸,地質構造變動造成的侵蝕相對較少,既不易埋存化石,也不易暴露化石。因此,盡管澳洲大陸較為荒蕪,但發現的恐龍化石卻不多。其中最重要的發現是南極點附近的白堊紀恐龍化石,這標志著恐龍能夠適應極端的氣候。盡管覆蓋著層層冰蓋的南極大陸給科考工作帶來了重重困難,但是科學家們仍舊在這里發現了早侏羅世的獸腳類恐龍——頭部長著奇異冠狀物的冰脊龍骨骼化石以及其他恐龍化石。

在地球的另一端,阿拉斯加北坡發現了大規模的晚白堊世恐龍動物群,這充分表明恐龍能夠在高緯度地區生活,可以承受極地的漫漫冰雪和極夜時的漫長黑夜,在同一時期的地層沉積物中并沒有發現蜥蜴和鱷類等動物化石。在更遠的南方,一隊研究人員繼續在北美洲西部探尋大型恐龍的化石,這些將為研究恐龍從三疊紀直至最終滅絕的演化史提供最為詳盡的標本。眾所周知,莫里遜組地層中發現了身披盔甲的甲龍類和同樣覆甲的植食性的劍龍類在一起漫游;下白堊統地層中發現了一批蜥腳類恐龍化石;而接連發現的新的角龍類和鴨嘴龍類化石則使當地上白堊統地層光芒四射。

如今,亞洲的蒙古國和中國,特別是中國,已經成為恐龍古生物研究的前沿。即使在建國初期,中國古生物學家也有重大發現,如著名的馬門溪龍,這種蜥腳類恐龍是所有恐龍中頸肋最長的。隨著中國的現代化進程加快和蒙古國的獨立,越來越多的加拿大和美國的科學家開始與當地的科學家開展合作研究,這使得他們成為恐龍研究領域的領軍力量。經過一系列研究,科學家們最終意識到焰崖發現的竊蛋龍類并不是要偷吃窩里的恐龍蛋,而是要以一種“原鳥”的方式來孵化它們??铸堅谥袊呀涀兊脴O為多產,近幾十年來,古生物學家紛紛把目光投向中國的東北部,那里的農民在下白堊統的湖相沉積中發現了不得了的化石!

恐龍的中國發現

20世紀90年代中期,中國發現了一具完整的小型美頜龍類(獸腳類)標本,它身上覆蓋著又長又密的剛毛狀的原始羽毛,這就是中華龍鳥。最近有研究者提出它的發現或許可以讓古生物學家確認恐龍毛發的顏色。這僅僅是個開始。位于中國遼寧省的義縣組地層,開始源源不斷地發掘出大量保存幾乎完美的恐龍化石,其發現規模巨大、產量極高。由于古生物化石具有極高的經濟價值,當地人要求有關部門準許他們用化石盈利,而不是用于嚴格的科研,有時候這就意味著他們會在化石上做點手腳,讓它們“更有吸引力”。很快,這里又發現了一種帶羽毛的恐龍——尾羽龍,它們屬于竊蛋龍。義縣馳龍類的發現更令人震驚,這種恐龍長著鐮刀形利爪,不僅前肢完全演化成了翅膀,就連后肢也是如此。這不僅說明馳龍類是最原始的飛行動物,而且證明它們與鳥類的飛行方式完全不同。

北票龍看起來就像華納兄弟電影公司出品的卡通片里的流浪漢。義縣恐龍化石群的重大意義并不僅限于告訴人們鳥類就是恐龍,以及恐龍也長有羽毛。比如,過去的 80 年間,亞洲發現了大量的鸚鵡嘴龍——它已然成為白堊紀最常見的恐龍,但是直到義縣發現了保存有皮膚痕跡的鸚鵡嘴龍化石,學者們才發現鸚鵡嘴龍的背部到尾巴有一排中空的管狀刺毛。更重要的是,義縣組發現了小型鳥臀類恐龍——天宇龍,證明了小型恐龍普遍存在中空毛狀結構。此外,在中國那些許許多多新建的博物館里,還儲藏或陳列著大量尚未來得及描述的恐龍化石。

不僅僅是化石點

科學家們在全球范圍內共發現了數以百萬計的恐龍行跡。這倒也并不令人詫異,因為一只恐龍只能變成一件骨骼化石,卻能留下許多足跡。在某些地方,恐龍的足跡非常集中,科學家們戲稱為“恐龍高速公路”。一些恐龍行跡具有一定的規律,從中可以看出造跡者會形成大大小小的群體在活動。還有少數足跡記錄了肉食性恐龍對植食性恐龍的捕食大戰。

恐龍研究的歷史不僅僅包括新假說和新化石點,還包括各種新技術和新工藝的應用。世紀交替之際,古生物學家們已經開始使用電腦來批量處理大數據,并利用高分辨率 CT 掃描儀來無損地掃描化石,獲取其內部結構。同時,恐龍學研究也開始向微觀方向和分子水平發展,恐龍研究邁進了一大步,古生物學家們可以了解恐龍的生長速度和壽命,還能告訴我們它們是什么時候開始繁育后代的。骨同位素測定技術有助于了解恐龍的飲食結構,測定哪些恐龍是親水的。而且,一些恐龍化石上的羽毛色素保存完好,完全有機會來復原恐龍本來的顏色。而《侏羅紀公園》系列沒有為這些鳥類近親披上羽毛,所以其中的恐龍形象十分陳舊,但它們依然維系著公眾對恐龍的熱誠。

不再神秘的恐龍

200多年前,人們首次發現了恐龍這一物種,之后科學家不斷對其進行研究,其間對其的認識也發生了頗具戲劇性的變化。因為恐龍是一類非?!捌娈悺钡奈锓N,不像哺乳動物或爬行動物,人們最初對恐龍的生物學特征并不太明確。了解恐龍的本來面貌,建立起這個知識體系則需要大量的時間??铸垖W最新的革命迄今還方興未艾。筆者年輕的時候也以為恐龍是一類行動遲緩、呆頭呆腦、代謝能力不高的冷血爬行動物,而且還不懂得照顧幼仔。當時,如果有人提出某些恐龍是有羽毛的,而鳥類就是這些有羽恐龍的后裔,那么大家一定會認為他很荒謬?,F在,我們對中生代的居民已經有了比較詳盡的了解,恐龍學已經形成了比較完善的體系,恐龍研究框架也基本定型。

蜥腳類恐龍不會再回歸到河馬般的生活方式,恐龍那巨大尾巴也不會一直拖在中生代的泥地里??铸堃巡辉偕衩?,但恐龍研究還遠遠沒到盡頭。迄今為止,恐龍已經有 500 個屬,700多個有效種被發現和命名,而這可能只是恐龍化石儲量的四分之一,甚至更少。盡管人們已經發現和認識了大量恐龍,但仍有許多奇異的恐龍化石沉睡在地下,等待我們去發掘。隨著科學技術的進步,對恐龍和它們所生活的古世界的研究也會不斷加深。在不久的將來,一定會有更多令人驚喜的發現呈現在公眾面前。

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