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撰文 | 徐 星（中科院古脊椎动物与古人类研究所）
责编 | 李晓明
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鸟类起源研究入选了2014年度美国《科学》杂志年度十大科学突破。为什么鸟类起源会成为一个重要的研究方向？其中都有哪些有趣或者重要的科学问题？当然很难在一篇短文中，涵盖整个研究历史，这里我选择其中几点，做简要介绍。
波折的研究史鸟类起源研究和达尔文演化理论的发展紧密相关。1859年《物种起源》的出版从多个角度引发了巨大争议。从科学角度来看，其中的一个争议是，如果物种是经过长期演化形成的，那么应该存在许多过渡性的物种，但似乎这一现象并不存在。两年之后，在德国索伦霍芬地区侏罗纪晚期形成的地层中，发现了始祖鸟（Archaeopteryx）化石，这为达尔文演化理论提供了巨大支持，因为始祖鸟就是这样一个过渡性物种：一方面，它像典型爬行动物一样，有牙齿、长长的骨质尾和指爪；另一方面，它有着鸟类独有的羽毛。
►图1 发现于德国的始祖鸟化石是一个标志性化石，凸显了过渡类型物种的存在。
1868年，达尔文的忠实支持者赫胥黎（T. Huxley）提出了鸟类恐龙起源假说，主要证据是，始祖鸟和美颌龙（Compsognathus）的骨骼形态相似。美颌龙是一种小型肉食性恐龙，发现于《物种起源》一书出版的1859年，化石出自始祖鸟化石产出的地层。这一假说招致了一些“大牛”的反对，像英国著名的博物学家欧文（R. Owen），但也得到了许多学者的支持。
不过，在上个世纪20年代后，鸟类恐龙起源假说逐渐式微，原因之一是，这一假说似乎违背了当时很流行的多洛法则（在演化过程中，生物结构一旦消失，就很难重新出现）。当时人们认为，恐龙的锁骨退化消失了，而鸟类有锁骨，因此，鸟类不可能从恐龙演化而来 （Heilmann, 1927）。但是，后来的研究显示，多洛法则本身就有问题；另一方面，恐龙锁骨的化石数据也有问题。其实科学就是这样，理论不停地被修订，数据也越来越精确，很少有科学理论从一开始就是完美的，包括科学理论中的“明珠”——广义相对论和量子力学。
1970年代，主要基于恐爪龙（Deinonychus）和始祖鸟的对比研究，耶鲁大学的奥斯特罗姆（J. Ostrom）复兴了鸟类恐龙起源说。大家还记得电影“侏罗纪公园”中那种狡猾而凶猛的恐龙——伶盗龙（Velociraptor）吗？恐爪龙就是它的近亲。1980年代，耶鲁大学的另外一个名叫高迪埃（J. Gauthier）的学者，深入分析了相关证据，用兴起不久的分支系统学方法，提出了第一个恐龙-鸟类的系统演化树（也就是常说的生命之树）。
►图2 临河盗龙头骨化石。这种恐龙发现于我国内蒙古西部，和生存于北美的恐爪龙与蒙古国的伶盗龙同属于驰龙家族，是与鸟类家族最近的恐龙亲戚之一。
这里顺便科普一下构建生命之树的原理：简单说，物种亲缘关系越近，他们就越相似，这表现在微观（如DNA序列）、宏观（如羽毛的形状和颜色）到行为（如哺乳行为）等各个方面；反过来，可以利用这些相似性，推断物种之间的亲缘关系，构建生命演化之树。
从研究方式上讲，奥斯特罗姆和高迪埃的研究工作，正好代表两种不同途径：前者涉及面狭窄，但细致深入，后者研究对象众多，框架宏大。纵向和横向研究方式虽然不同，但它们都能产出影响深远的成果，关键在于，研究者在自己选取的方向能走多远。相对而言，中国学者倾向采用前一研究方式，因为后一研究方式往往需要研究者博闻强记，知识渊博，有些类似现在流行的多学科交叉方式。
其实，有关鸟类起源还有其他几种假说，由于篇幅原因，在这就不一一介绍。上个世纪80年代和90年代，几种假说争论激烈，但总体而言，世界各地的化石发现，持续地为鸟类恐龙起源假说提供支持，使其逐渐成为了有关鸟类起源的主流假说。
和许多科学问题的研究一样，鸟类起源研究的发展历史也颇具戏剧性，受同时代理论、方法和技术的极大影响，起起伏伏，曲曲折折；激烈的争论有时超出了科学范畴，甚至涉及到宗教和人身攻击，相关历史是研究科学哲学的绝佳素材，有兴趣的读者，可以研读相关文献，做深入了解。在过去的20多年中，我也参与了一些争论，有一些亲身体会，总体印象是，科学家的逻辑性可能好于非科学家，但有时会更偏执，一旦“较真”，十头牛都拉不回来。
中国贡献上个世纪90年代，鸟类起源于恐龙的假说已经成为了学界的主流假说，但存在一系列问题需要解决。其中，“时间悖论”是一个显而易见的问题：理论推测，身处祖先地位的似鸟恐龙各个亚类群，应该出现在始祖鸟之前，也就是侏罗纪晚期之前，但为什么化石分布情况恰恰相反呢？另外一个看似棘手的问题有关某些结构的同源判断：比如，现代鸟类胚胎发育资料告诉我们，鸟类最内侧手指相当于我们人类的第二指，而化石形态和系统演化资料则指示鸟类最内侧手指是第一指。还有一些重要的问题，像身体庞大的恐龙为什么需要羽毛？怎么会演化出飞行能力？这一在形态和生理等各个方面产生剧烈变化的演化过程是怎样发生的？ 为什么会发生由陆地到天空的这种极其困难的转化？
过去的20多年来，许多问题的研究取得了巨大的进展，用当下流行的一句话来说，“中国贡献”是这些研究进展的主要推力，而我们有幸成为了主要参与者。
先说“时间悖论”问题。我们知道，生物各个类群的化石在地层中的分布情况，大致上是符合演化理论预测的，也就是在地层中，祖先类群化石首次出现的层位要低于后裔类群的化石。但具体到某个生物支系，则不尽然，祖先类群的化石可能缺失，甚至出现在更晚时期，这就是化石记录的不完备性。这种不完备性，会导致化石的实际地层记录和演化理论推测的生物类群延续时间和出现顺序出现差异。很大程度上由于这个原因，在《物种起源》一书中，达尔文没有把化石作为演化理论的主要证据。现在，古生物学家们采用多种方法，包括定量方法，推动了这类问题的研究。其中最直接的方法，当然是开展野外工作，补全化石记录。
野外工作是古生物学家研究的一个重要的组成部分，知道如何寻找化石和采集化石是古生物学家的一个重要技能。对于古生物学家而言，找到化石，就等于获得了研究需要的原始数据，这是研究过程的关键一步，否则，就不会有随后的数据处理、数据分析和最终结论。然而，在古生物学领域近年来出现的一个新现象是，学界主流更加重视数据处理和数据分析，以致于野外工作越来越被轻视，长此以往，将会导致古生物学研究成为“无米之炊”。当然，这是题外话。言归正传，为了解决“时间悖论”问题，我们从2000年就开始了针对性的野外工作。
