“琥珀恐龙”与寻龙史
2016-12-24王丹阳
王丹阳
虽然邢立达团队无意中得到了世界首例琥珀中的恐龙“真身”,但他们认为常规的寻龙过程更重要。
“原来恐龙是有毛的啊?”这是中国地质大学(北京)地球科学与资源学院讲师邢立达最近被频繁问到的问题。但其实,恐龙长有羽毛这一事实在1996年就已经被业内人士认可,虽然当时也引起过反复的争议。而且,它来自中国辽西热河生物群,被称为“中华龙鸟”,尾巴笔直高耸上天,身形如鸡般大小,镶嵌在化石里,体表覆有流苏般的纤维状结构,人们认为那是种保存体温的皮肤衍生物,就是羽毛的前身。
邢立达更会被各路科学发烧友问及一个相似的问题:“恐龙会复活吗?侏罗纪公园什么时候实现?”直到他厌倦了回答,把一段准备好的内容贴做回复,《侏罗纪公园》里的情节是,科学家从琥珀中找到蚊子,提取了蚊子吸过的恐龙血,从血里提取出了恐龙的DNA。但现实中的DNA半衰期为521年,每过一轮脱氧核糖核苷酸之间的化学键会断裂一半,直至完全碎裂是150万年,“而我们这个标本是9900万年前”。
恐龙的羽尾
12月9日,邢立达的团队对外公布,他们发现了有史以来第一件琥珀中的恐龙样本,也是迄今为止最鲜活保存的恐龙样态。他与加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆教授瑞安·麦凯勒领衔的论文已发表在美国《当代生物学》(Current Biology)杂志上。接下来的一系列轰动反应,是他始料未及的。“提问的朋友都很萌。”这位34岁的科学家从幼儿园开始与恐龙科普结缘,正式受科班训练10年,对他来说这只是一个偶然发现,从理论上来说都是可能的。
这块长3.5厘米如小鸡蛋般的琥珀如今躺在邢立达办公室的保险柜中,他曾经对它爱不释手。透过晶莹剔透的质地,可见一段毛茸茸的尾巴如同扫帚菜一样拦腰斩过琥珀,呈一个永远凝固的弧度。可以想象,褐色的茸毛曾在均匀的胶质中完全舒展,如同在水中游弋般纹理可辨,它曾沉睡在9900年前的白垩纪诺曼森阶,从时间的瀚海中被打捞上来,致使人们看见一根4厘米长,几乎“跟活着的时候没有区别”的尾巴片段。
经过CT扫描,这段尾巴有9节尾椎,属于典型的非鸟虚骨龙类恐龙中的手盗龙类,据推测身长18.5厘米,处于非鸟恐龙到鸟类的中间阶段。手盗龙类是虚骨龙类的一个演化支,是种拥有羽毛的小型恐龙。1.6亿年前侏罗纪时代的中国华北近鸟龙也属此类手盗龙,身长34厘米,重约110克,哪怕跟它同期的最小鳄鱼物种都比它长两倍。
手盗龙类再分阿瓦拉慈龙类、窃蛋龙类、镰刀龙类、近鸟类、鸟类等,共同特征是细长手臂、半月形腕骨、三指手掌……“一定要说是最小的非鸟恐龙,而非最小的恐龙,因为所有的鸟都是从恐龙演化来的,鸟类是广义上的恐龙。”9日,邢立达团队带着放大25倍的3D打印版琥珀原型来到上海自然博物馆,在那里做了个新闻发布会。1.5亿年前,当始祖鸟出现在如今德国的巴伐利亚地区,作为鸟类的祖先,它就和恐龙并存于世。飞行是种意外的突变,始祖鸟作为恐龙飞上枝头的演化品种,两者并不冲突。
“早期恐龙都是非鸟恐龙,到了中生代中晚期开始出现鸟恐龙。我们这个标本出现在白垩纪晚期,也是恐龙时代的中晚期,但它属于非鸟虚骨龙类,贯穿整个恐龙时代,你不能以地质年代的早晚来论生物的进步和落后。”邢立达向我强调,它说这个概念他反复在本科生课堂上讲过,但学生总以为鸟类是恐龙的进阶,就理所应当觉得要拉开时间差。
“它的价值是,让我们可以深入研究恐龙从非鸟类到鸟类过程中的演化细节。”毕竟,这是迄今为止人类发现的最鲜活的恐龙样本,如同木乃伊被防腐香料裹藏般,它被琥珀保存着,是中生代的木乃伊,文章里他们用到“木乃伊化的尾巴”一说。虽然骨骼四周的软体组织还能保留下来,但已经不新鲜了,“干瘪瘪的”。其实,琥珀里发现恐龙组织并非第一次,2011年,文章第二作者,也是邢立达硕士期间的师兄瑞安·麦凯勒在加拿大发现过一块嵌有“零碎的白垩纪恐龙羽毛”的琥珀。
“非常碎小,没有肉,加拿大那里的琥珀最大直径也就1厘米,在研究上没有更多的细节。但那次为我们打开了一个视野,也许可以在琥珀里发现恐龙材料,就像发现古昆虫一样。”邢立达说。他没有想到,4年后,也就是去年夏天,作为缅甸北部克钦邦首府密支那一个琥珀市场老主顾的他,无意间被天上掉下来的馅饼砸中了。
胡康河谷的富矿
他已经认识这个琥珀市场两年了,后来几乎隔月就去一次。金三角地带,贩毒、走私、贩卖珠宝等生意连同断续的战火、热带的雨意织起一幅灰暗迷离的帷帐。从克钦胡康河谷的德乃老矿区,到密支那东南的琥珀集市,要行一天的路。先是用摩托车、大象、小船等工具穿越克钦独立军的管辖,再坐7小时的车来到拨云见日般的密支那,当地的琥珀商人就在这条生死线上来回穿梭。在那块黄土砺石裸露的不毛谷地,“珀农”支起蓝绿帆布的帐篷,在地上打出一个个方形木支架的井口。
按照古文献记载,此地在元明时就已划归腾越州所辖,即今天到腾冲,自古因琥珀出名。“今蛮莫对江猛拱地产此,夷民皆凿山而得,与开矿无异。”猛拱就是今之胡康河谷。民国版《腾冲县志》里,对此地的火珀、血珀、柳青、金珀一一列述,还道出一种可“琢为朝珠”的根珀,有黑有白,有雀脑,有老鸦……但这片瘴毒肆虐的低洼之地,所居的山民异常彪悍,以至于县志里写那些每年冬天出没采矿的都是“蒲蛮、野人、僰夷”。
想象在白垩纪时期,这也曾是片亚马孙雨林般没有国界的热带乐土。亿年后,这里作为克钦独立军(Kachin Independence Army,缩写为KIA)的军费来源之一特授开采,属军事禁区。但政府军也不疏于应对,双方不时交火,平时则在矿区到各城市的主路上层层设卡,没有缅甸身份证的外国人不得接近。2013年后半年,战事稍趋平稳,部分桥梁和道路得以修复,当地的琥珀才进入云南边境。如今,这里产出的琥珀多数被送往密支那,再分流到仰光、腾冲等地,经过多重加工,流转到蜂拥的琥珀商人手里。
“应该说是克钦特殊的政治、军事乱象,让那块富矿呈现在我们面前。”2014年前后,中国一些古昆虫学家知道了密支那这个琥珀的渊薮,纷纷过去买入古昆虫标本,邢立达的一位好朋友、古昆虫学者张巍巍也是那边的常客。年底,邢立达接到他的电话说“有人在一块琥珀里发现了恐龙的脚”,结果证实不是恐龙而是蜥蜴,毕竟,那边的琥珀标本里有古蚂蚁和蜥蜴的多了去了……但邢立达花三四个月工资买下那块琥珀,由此入了门,至今为单位搜集了约300枚琥珀。
对于一个研究脊椎类动物的古生物学家来说,他不算海量购置,那里大多都是“虫珀”,昆虫学学者一年可能得买上千件,是他的好几倍。邢立达也会购入鸟类标本,翅膀、爪子、羽毛随机地漂浮在琥珀中,但九成是孤立的悬浮的羽毛,或者“很多骨爪一扫描,骨骼都是碎的,或者只有皮,这就很尴尬了”。今年6月,他的团队公布发现困有古鸟翅膀的琥珀,那是一段1厘米连毛带皮的翅膀,由此还原出一个3.5厘米比蜂鸟还小的鸟。
琥珀中发现脊椎类动物的概率极小,邢立达这样科普,“比如再多的树脂都没法困住我,因为我很容易就挣脱了”。99%的琥珀其实形成于新生代,得追溯到中生代最后一纪白垩纪之后了,但恐龙时代的巅峰在中生代,两者相遇本就难得,而在理论上,树脂困住恐龙的碎羽残肢的可能性是有的。他周转于云南腾冲和密支那两个集市间,同一些边境上的缅甸华侨交了朋友,提醒他们“发现奇怪的东西要告诉我”,那些中间人从矿工手里低价买入,再加价转给珠宝商和收藏者。邢立达好上这茬儿后,虽身在北京的课堂,却时不时被微信上那十来个华侨朋友发来的照片弄得心驰神往。“我一年就能去5次缅甸。”他对媒体说。
去年6月,他的奇幻之旅降临了。缅甸进入燠热的溽暑,密支那的琥珀中间商依旧在集市边的法式咖啡厅里坐镇,将新发现摊在面前的桌上待价而沽。2014年后,克钦军政府封了千年旧矿,珀农只得在别处开了新矿,因为地理迁徙而使珀农少了很多,但历史烟尘中走来的琥珀市集很难冷落。熙攘中走着的邢立达被一朋友叫住,两人一起进了咖啡厅。“他向我展示他的新发现,说那是一个像小鸡蛋大小的植物琥珀。”
当地人只认是一种奇怪的植物,两只小蚂蚁和黑色的微生物、杂质布满周围,便顺口叫它“蚂蚁上树”。可当他将琥珀放在阳光下仔细看,不由心颤了,那是一个原始的羽毛结构,还保留色素痕迹,上部呈栗色,下部为苍白,沿着锥体历历分布而下。它若不是古鸟,就是恐龙,“因为在白垩纪中期,有着这么长尾巴的动物,只能是古鸟或者非鸟恐龙”。揣着对半开的可能性,他让学校的采购人员将它买了回来。
回到中国后,邢立达查阅了很多资料,将宝压到恐龙身上,并开始在世界范围内组建研究团队。“每一个人听到我说的话之后,或震惊或怀疑,毫不犹豫地加入我们。”一支古生物学科背景齐全的专业团队很快搭建完毕,十来个中外学者有研究恐龙骨骼演化、羽毛演化的,还囊括了数据重建专家,并在中国国家自然科学基金、加拿大自然科学和工程研究理事会、《美国国家地理》的资助下开始工作。在申请到Mirco CT和同步辐射设备扫描标本之后,还要几个月的数据重建时间,最终得到的骨骼数据让他们确认它不同于古鸟。
琥珀与化石
想象那是一片浩瀚如海的热带雨林,成荫的松柏躯干上常年淌着金黄的汁液,如雨滴般覆盖住地上的生物,凡是微小的或体弱的都在劫难逃。这只小恐龙也许被整个盖住,亿年后矿工在作业时挖断了琥珀,所以它应该是碎了的一截……至少他们是这样推断的,因为从两侧断面来看都是新茬儿,出羽处没有卷曲。另外,它应该是已死或濒死,琥珀里流纹均匀,不像他们以前观测过的一个古鸟翅膀琥珀,显微镜下看有两个明显的爪洞眼,说明那小东西在黏液里翻腾挣扎过。而这个却异常平静,那翘起的尾巴是一个典型的“死亡姿态”,大多恐龙在濒死时都翘着尾巴。
这么一个琥珀标本包揽的信息量可能一时很难穷极,所以它比常规的岩石类恐龙化石要威力巨大得多,因为后者没有足够的软组织保存,信息会缺失。琥珀恐龙让人首度可以不凭借想象而直接刻画恐龙的样子,团队成员甚至玩笑道,如果发现更多,那些恐龙复原画师也许以后就派不上用场了。
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星第一次看见琥珀时,是去年夏天邢立达过来讨教。他是成果显赫的国内恐龙研究专家,在兽脚类恐龙形态学、分类学上颇有建树,当然他的研究材料向来是岩石化石,琥珀对他也是个新鲜物。他将琥珀放在办公室的显微镜下,初看那很可能是恐龙,那时两人都惴惴地希冀着最后的扫描。
他这样判断原因有二:第一,中生代时有如此长的骨质尾巴的,鸟类中只有始祖鸟和热河鸟,一般情况下鸟类的尾部是个愈合的附着尾羽的尾椎,如此,恐龙的可能性会更大。第二,从羽毛的形态上来讲,更多的恐龙羽毛要简单过鸟类的。起初是头发丝状根根清晰的,进化中开始像一簇簇靠拢,然后发展出羽轴,轴的两侧长有羽枝,再开出分叉即羽小枝,由此形成如现代鸟类般层层覆覆的紧密的羽片,分布在拉链般的羽轴两边……“有些跟鸟很接近的窃蛋龙、伤齿龙、驰龙尾巴上已经有封闭的羽片,但我们这个还没有封闭,所以它可能是手盗龙类早期的成员。”他说。
“CT做出来后,它尾椎形态的某些特征,是跟恐龙所暴露的特征非常相像的,尾椎的腹侧有个纵向的槽,这跟很多兽脚类恐龙一致。”由此团队便锁定了结论。作为恐龙形态学学者,之前在页岩上发现带羽恐龙化石并不稀奇,但页岩很难保存羽毛的微细结构。徐星曾经研究定性了中国辽西热河生物群化石中最大的带毛非鸟恐龙,由他命名的恐龙新属种多达30多个。作为这篇论文的总指导,他也第一次看到恐龙的原始羽毛的真身。
“鸟类是恐龙家族的一条分支,除了鸟类以外的所有分支都叫非鸟恐龙,它有自己的演化,比如三角龙、鸭嘴龙是非鸟,跟鸟类的起源关系非常疏远。”而徐星研究的是跟鸟的亲缘关系极近的兽脚类非鸟恐龙,它慢慢形成鸟的结构,长出原始羽毛,直至飞到树上去。“这个是在地上的还是树上的目前还不能说。”
寻找恐龙化石是一种经典的研究入口,徐星在曾经报告过发现的辽西、新疆、内蒙古都有撒网。一般来说方法有两种:一种是当地老百姓修路、盖房子时上报发现,比如宁夏灵武文管所曾带着一堆敲碎的石头来到他的办公室求教;第二种是确定课题范围后按图索骥地找,他曾在新疆准噶尔盆地循着前人的报告范畴几十公里地摸排下去,从裸露的岩石中辨认恐龙化石,那些化石在岁月的砥砺中与岩石相融一气,非专业眼光而不能发现。通常是石膏包裹运回基地,用震动雕刻笔像牙科手术那样将两者剥离分身,才见大小形态各异的骨骼。
中生代带羽恐龙化石在俄罗斯境内的西伯利亚、德国、加拿大都曾被找到,但从基础条件上来看都没有中国辽西的化石携带的信息量大,这也一定程度上促使中国恐龙研究在近十几年突飞猛进,大批成果享誉国际。一切始于1996年,加拿大顶级恐龙专家菲利普·柯里(Philip J. Currie)在纽约的脊椎动物古生物学年会上展示了一张刚从中国拍回来的照片,一个被绒毛覆裹的小恐龙在被火山灰掩埋的那刻完美地保存住了羽毛,从此,19世纪60年代英国人赫胥黎关于“鸟类是恐龙的后裔”的假设终于重见天日。世界知道中国辽西热河这个带羽恐龙化石之乡后,徐星团队再将对这个区域的研究推到国际学术界的风口浪尖。
“理论上都可以有,但是不是能被发现又有很多因素。”比照恐龙化石在全世界陆续被挖到,徐星解释说,琥珀恐龙也可能在别处存在或被发现,但两者都是有条件的,就像化石一样。“各地地质条件的不一样导致形成化石的种类不一样,有的形成羽毛化石,有的却只有骨骼,羽毛保存需一定的地质条件。第二,即便形成化石,后期地质运动也可能使它抬高或沉降,那些抬出地表的,被雨水冲走了或风化掉了……”
琥珀恐龙也一样可遇不可求,但至少人们知道,它如今是在胡康河谷矿区的百米深位置找到的,比起挪威科学家在北海海面以下2000多米的海床,钻出2亿年前的恐龙化石,它是如此天造地设地注定被发现。“应该说目前研究价值最高的白垩纪琥珀群就在缅甸,它的体积够大,珀质坚硬,别的地方的都偏小且破碎。”邢立达说,能预见的是,密支那、腾冲的琥珀市集将迎接举世瞩目的新纪元,很多科学家将前往,而中国科学家作为近水楼台会有更大的便利。
寻龙之路
要说这块琥珀的价值是否真的匹配其所引发的轰动,邢立达觉得倒也未必,因为得到的过程全靠运气,也还不能透露什么石破天惊的成果。但古生物学家企望的是每件标本背后隐藏的世界,甚至能全析出亿年前劳亚古陆上这片区域的大生态。邢立达经手的300件琥珀就如同一幅残缺的拼图,那些羽毛、蜥蜴、壁虎、青蛙、古鸟依稀发出史前的回响,让他不时在勾勒那幅遥远的图景。
“你想,很多生物生活在那片区域里,大生态和小生态互相关联着,我们看到过一种现生的树蛙,它生活在那些直径一两米的树上,这树死亡后树干上留下坑洼储了雨水,小树蛙一辈子在那里繁衍,树洞就是它的池塘……我们还发现过最长的5厘米古鸟类羽毛,可能它遇见了树脂会飞走,但留下一小撮羽毛,通过细节还原生态这多刺激。”他说。无疑琥珀恐龙将开启新的研究方向。
邢立达的“寻龙”之路充满天意的安排,也可以说代表了从发烧友到科学家的典型路径。他的幼年也不外乎接触了《十万个为什么》《恐龙的故事》,却冥冥中与此结下难解的缘分。高中时,他已读了市面上能接触到的所有恐龙书籍,自建了中国第一个恐龙科普网站,吸引了一批行内专家上来帮衬,由此他也算半只脚入了行。当他与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的专家数次书信往来后,对方才发现是个十几岁的高中生,却老成得可以。他们也非常珍惜这个难得的一腔热忱的好苗子,还会邀他参与野外作业,如中国科学院著名恐龙专家董枝明就带过这个高中生多次去云南野外挖掘。
2004年夏,才20岁出头的邢立达跟随中科院“辽西热河生物群”课题组汪筱林研究员来到甘肃酒泉的马鬃山,甘肃河西走廊地区是热河生物群分布的西部边缘,那里的恐龙化石埋藏在1.1亿至1.2亿年前的河流和湖泊沉积地层中。这个中美专家构成的二十来人团队里,夹杂着他这么一个八竿子打不到一块的金融学在读大学生,但对于每个野外的实战机会,他显示出分外的热忱。
他见识了如何在暴露的化石上喷洒丙酮与清漆的混合液做加固,见识了那些土丘深处林林总总的乌龟甲片、恐龙骨骼碎片和牙齿、螺、双壳类化石,还有硅化木、松果……每个都是往昔生命的一部分。再往下是一个个石蛋,砸开后竟是极完好的脉弧,那是恐龙化石碎屑,“剩下的骨骼被作为砾石搬运而来,一般埋藏在中上部细粒沉积中,与外界围岩发生交换,往往会在化石外面形成一个坚硬的石壳结核”。于是他知道了很多化石是被自然的河流山洪边搬运边斧凿的,留下一滩滩杂乱无序的碎骨化石。
从挖掘、修复、对比形态再到成文,化石是最经典传统的研究方法,也是学院派最基本的一套理论来源。邢立达在本科毕业后,曾经做过短暂的记者,但为了毕生的理想,他很快跑去常州恐龙园做了科研科普部的负责人。“我是喜欢研究恐龙骨骼的,但是那边并没有很多骨骼给我研究。”他发现不真正入行、到不了一线还是有欠缺的,于是辞职去成都理工大学进修了一年古生物硕士课程,方才有了学科基础。
真正把他领进门的是在加拿大读硕的3年,他师从上文所述的阿尔伯塔大学顶级恐龙专家菲利普·柯里,《侏罗纪公园》电影片头,主角哈蒙德博士说,我不想上直升机,我这一辈子只想把蒙大拿州所有的恐龙都挖出来,原型就是他。只在四川读了一年古生物学的邢立达,带着对这个学科最模糊的框架,和董枝明教授的一封推荐信,成为柯里唯一的中国籍学生。在加拿大,柯里采集回来的化石多得研究不完,邢立达自然地饱受实验室训练和浸染。
也许在恐龙研究这片极其冷僻的学术领域,强烈的爱好与勤恳的态度是取得学术成就的必要条件,才使本无学科背景的人能够脱颖而出,回国后,邢立达更是一脚踏入无人问津的恐龙足迹学领域。“都知道我发现了琥珀恐龙,但你们不知道我做了10年足迹学。”他这么说道,显出对前者的轻淡。就像他反复跟我强调,这个领域99%是基础性工作,不是为了惊爆出什么成果,而是必须有人去做。
足迹学是化石研究中一个比较边缘的分支,因为足迹本身携带的信息量没有骨骼来得高,所以受关注度很小,徐星告诉我,“世界上研究恐龙足迹学的人屈指可数”。在论文发表上,他的量也许比骨骼研究来得大,但成果的推动性意义比较小,对一些重要的演化问题的回答贡献率不大。科学家的心理和身体素质也受到考验,比如骨骼研究可以密集采一批回来,花长时间研究,但足迹得一个个去踏点,碰到风吹雨淋等自然因素的变数大。邢立达涉足了藏东南、南疆腹地无人区,甚至伊朗-伊拉克边境上的虎狼之地。“伊朗一位地质学教授说有些边境省份上足迹长时间没人帮忙研究,担心被‘伊斯兰国的战火毁坏,于是请我去看看。”他去后成为抢救性考察,在有些时局混乱之地,科学家也是在跟战火竞跑。
采集脚印这项工作跟采集骨骼化石一样,也有一部分是当地人在挖土时报告异样,但是它无法一一切割回来,多数还是留在原地敦促当地部门圈地保护,为此也在跟当地机关的交涉中知道了很多困难与隐情。“古生物学,听着很浪漫,就像《侏罗纪世界》里星爵骑着摩托牧龙狩猎。但其实我们总是在泥浆和大雨中敲击着岩层,在铁板烧一样的岩壁上临摹标本,或在摇晃的皮卡上作为人肉垫子保护着化石。”邢立达虽然也是中央电视台很多科学栏目的座上宾,但往往是在现实中旋即准备动身去某“新报告地”的。
最近,邢立达准备去贵州毕节考察一批脚印,地调队的车开进他自己也不知道的险山恶水里。但由于媒体轰炸频繁而一直无法起身,当我问到大概会待几天时,答案也是无法预期。“你得考虑碰到刮风下雨天,我就只能在帐篷或宾馆里等着啊。”也许他一年总有一半时间在一个个陌生的地方忍受重复工作的孤独和无聊,但回到北京后,坐在海量数据前会浮现一幅幅振奋人心的图景,那是他从事足迹学的初衷:“你要推断是什么恐龙留下的足迹,它当时在什么处境想干什么,这蕴含了明显的古行为学特征,像一幕幕电影一样,也很有意思。”