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翼龙“捕手”:中科院汪筱林研究员数十年来致力于揭开中生代生物进化的未解之谜
2021-01-28 10:21:51   来源:化石网   评论:0 点击:

翼龙捕手:中科院汪筱林研究员数十年来致力于揭开中生代生物进化的未解之谜(化石网整理)据北京日报客户端:1784年,意大利博物学家科利尼见到了一块奇特的生物化石:全身骨骼清晰可见,细长的前肢成展翅状。这


翼龙“捕手”:中科院汪筱林研究员数十年来致力于揭开中生代生物进化的未解之谜

(化石网整理)据北京日报客户端:1784年,意大利博物学家科利尼见到了一块奇特的生物化石:全身骨骼清晰可见,细长的前肢成“展翅”状。这块化石来自始祖鸟的“故乡”——德国索罗霍芬。面对这种未知的生物,科利尼依据埋藏环境,将其推测为一种海洋生物,认定其加长的前肢是用来划水的“鱼鳍”类结构。
 
二十多年后,法国解剖学家和古生物学创始人居维叶看到了对该生物的描述和图片。他认为,这是一种会飞的爬行动物,并将其命名为“翼手龙”。几乎同时,法国博物学家赫尔曼绘制了两张复原图,在未公开发表的复原图上,赫尔曼将该生物还原成长着翅膀、类似蝙蝠的动物,并大胆推测:这就是中国神话中的凤凰。自此,曾统治着恐龙时代天空的翼龙开始逐渐进入公众视野,远古画卷中缺失的一角,慢慢被拼凑起来。
 
然而,关于恐龙的这一“表兄弟”,世人一直知之甚少,从研究者数量来看,这一学科也显得有些冷门。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员汪筱林是为数不多的飞龙“捕手”之一,数十年来,致力于向公众揭开中生代生物进化的未解之谜。
 
近日,汪筱林刚和合作团队公布了关于哈密翼龙化石风化机理的最新研究成果,为翼龙后续保护提供基础,也为翼龙博物馆的建设带来新福音。
 
深耕“辽西福地”
 
在汪筱林的办公室里,有几个“宝箱”,见证了他职业生涯中的高光时刻。这几个宝箱被他细心地收在一个单独的柜子里,里面都是不轻易示人的宝贝。
 
打开其中一个宝箱,层层包裹下是两块平整的灰黑色页岩,岩石一角镶嵌着一枚鸡蛋大小的椭圆形化石。再细细一瞧,蛋壳内部的骨架依稀可见,斑驳的表面诉说着其远古的身份。
 
这是世界上第一枚翼龙蛋与胚胎化石。
 
当年,这一化石的发现和研究填补了翼龙发育演化史上的空白,被美国《发现》杂志评为“全球百大科学新闻之一”,汪筱林和同事周忠和就是这一化石的发现者和研究者。
 
发现这枚化石是偶然,也是必然。从1997年开始,汪筱林就是辽西地区的“常客”,长期主持着热河生物群的化石发掘。2003年,他和同事周忠和在锦州义县地区考察时,在狼鳍鱼化石碎片中,发现了这件当地人也“从来没见过”的东西。汪筱林将它上上下下边边角角看了个遍,发现鸡蛋大小的椭圆形化石里,还散落着很多极细小的骨骼。这很有可能是翼龙的蛋和胚胎!从事了多年的古生物研究,形形色色的化石也见了不少,看到这枚化石,汪筱林还是不免有些激动。也难怪,在当时,世界上还从未发现过翼龙蛋化石,更别说翼龙胚胎化石了。
 
显微镜下放大的细节,验证了最初的判断。让汪筱林更加惊喜的是,除了后期挤压,部分骨骼略有错动位移外,胚胎化石的骨架保存非常完整,头骨和牙齿都清晰可见。胚胎化石的脊柱大致沿着蛋的长轴方向伸展,头部从一侧向后弯曲,这种保存状态可能定格了翼龙胚胎发育过程中的原始状态。此外,与骨架和蛋壳一起保存的还有“精美的软组织”和“乳突状”的蛋壳印痕。据此推测,这件化石中的胚胎已进入发育过程的最后阶段,即将破壳而出。
 
“翼龙是最早飞向天空的脊椎动物,比鸟类早了大约7000万年,同时也是三类会飞的脊椎动物中唯一灭绝的类群。”汪筱林解释,翼龙的飞行决定了其细长中空的骨骼结构,这种骨骼在漫长的岁月中很难留下痕迹,因此,与其他古生物研究者相比,翼龙研究者面临的一大难题就是化石材料太少。翼龙胚胎化石的出现,验证了人们长久以来的推测--与其他爬行动物一样,翼龙也是卵生的。汪筱林推断,这枚翼龙蛋正在湖边的软泥中被孵化,火山爆发造成突发的自然灾难导致它突然死亡,进而又被火山灰快速埋藏起来。
 
斗转星移,沧海桑田。这些重见天日的线索带领汪筱林穿越时空隧道,关于“飞龙”的奥秘也被一点点揭开。
 
翼龙研究的最大谜团之一,是两大翼龙类群--“喙嘴龙类”或非翼手龙类和翼手龙类之间的演化关系。此前,古生物学家猜测,短尾的翼手龙类是由长尾的非翼手龙类演化而来。但是,具体的演化过程是怎样的?自第一件翼龙化石出现后的两百多年间,学术界一直苦苦寻找着线索。
 
一次科考时,汪筱林发现了一堆破碎的化石:断裂成十多块的碎片中,除了几节颈椎、一段尾椎和几枚牙齿外,其他骨骼几乎很难辨认。汪筱林敏锐地察觉到了这块化石的非同寻常之处,经过精心拼接和修理,一件小型的翼龙化石骨架清晰浮现:从头骨、颈椎、前肢来看,与传统认知的翼手龙类非常相似;与此同时,尾巴和后肢的第五趾很长,这又是“喙嘴龙类”的一大特征。这种镶嵌式的形态特征让汪筱林想到了中国传统文化中“一个筋斗十万八千里、拥有七十二变能力”的孙悟空,因而将其命名为“悟空翼龙”。据此标本,一个全新的翼龙分类单元--悟空翼龙科得以建立,翼龙演化历程重要的一环被填补。“任何物种在演化时,不可能所有特征同时改变,一定是有先有后。现在我们知道了,翼龙演化先从头骨、颈椎和前肢开始,也就是从上半身先开始,下半身相对滞后。”
 
在汪筱林的努力下,在辽西及周边这块福地上,一系列关于翼龙的发现不断涌现:森林翼龙的发现向世人证明了原来最小的翼龙只有麻雀般大小,《阿凡达》中飞行翼兽伊卡兰的“真身”被发现,全身长满毛的热河翼龙为“翼龙是温血动物”提供了有力证据……
 
唤醒“翼龙伊甸园”
 
西域襟喉,中华拱卫,哈密自古以来就有“新疆门户”之称。几乎寸草不生的无人区里,抬头是无垠的蓝天白云,举目是纵横交错的风蚀沟谷,偶然能瞥见遥远天际边的洁白冰川——一切仿佛置身于时间之外。
 
2005年,汪筱林的博士导师、中科院古脊椎所古哺乳动物学家邱占祥院士在考察吐哈盆地巨犀化石时,发现了几小块非常破碎的骨骼,既不是巨犀也不是恐龙,怀疑是翼龙。带回北京给汪筱林一看,翼龙无疑。
 
2006年5月,汪筱林第一次踏上这片土地,撞入他眼中的不是苍劲的雅丹奇观,而是戈壁滩上若隐若现的一地碎骨。汪筱林预感到,自己的后半生要跟这里“绑”在一起了。
 
的确,在此后的十多年里,哈密戈壁50摄氏度的高温,零下20摄氏度的严寒,甚至10级狂风下的飞沙走石,都没有阻挡他带领的哈密科考队在戈壁大漠行进的步伐。
 
一辆晃晃悠悠的老旧越野车,是他们不离不弃的伙伴。“每天最大的感受就是时间过得太快了!”早上7点的哈密还在一片沉睡中,他们已经颠簸在戈壁滩的路上,到达现场往往已经10点多;埋头干上几个小时,已是下午两三点,啃几口馕饼子,继续工作,一晃又到了晚上七八点,等返回市区已经是浓浓深夜。
 
汪筱林说,大面积的野外踏勘,目的是要详细了解化石的分布范围、富集程度和埋藏规律,对已经暴露在地表风化破碎的头骨以及其他有科学研究价值的标本进行抢救性采集。“没有这些基础工作,仅凭运气可发现不了重要化石。”
 
十几年下来,汪筱林和他的团队“跑”出一组让人欣喜的数字:在哈密地区,翼龙的富集面积约为70至80平方千米,每平方米至少存在一只翼龙,也就是说,有上亿数量级的翼龙曾在这里繁衍生息。这些翼龙还呈现出明显的“专一性”,如此庞大数量的翼龙居群都来自哈密翼龙同一家族,幼年的、成年的,雌性的、雄性的……汪筱林及团队的研究论文相继在国际知名杂志上发表,古生物学界将这一成果誉为“翼龙研究200多年来最激动人心的发现之一”。
 
一个沉睡着的“翼龙伊甸园”逐渐被唤醒,一亿多年前的哈密翼龙动物群也得以栩栩再现:气候湿润的土地上,涵养着一个上万平方千米的大型湖泊,湖水澄澈,波光粼粼,烟波浩渺的水面上,成千上万只哈密翼龙展翅驰骋;岸边软泥上,翼龙家族与同时代的恐龙“表亲”,嬉戏玩耍其乐融融--“空中霸主”的雄姿与柔情尽现。然而,一场湖泊风暴袭来,翼龙肢体被撕裂后快速掩埋,在时光中渐渐凝固,成为记录生命演化的实证。
 
通过对大量哈密翼龙头骨的研究,汪筱林和他的研究团队发现,哈密翼龙最大的特征是:头骨上有发育明显的头饰。他们认为,不同大小、不同形状和不同厚薄的头饰是鉴别翼龙雌、雄个体的标志。而此前,有专家认为头饰是雄性翼龙独享的特征。大量三维立体保存的翼龙蛋和翼龙胚胎也被相继发现,这也是世界上首次发现这类保存状态的翼龙蛋与胚胎。其中一枚就被收在汪筱林办公室的“宝箱”中:在灰白色的砂岩中,乳白色椭球形的蛋体跃然其上,略微凹陷的蛋壳上密布着细细的裂纹,带来一亿多年前的讯息。
 
三维蛋与胚胎化石提供了更多有关翼龙产蛋、孵化等生殖方面的信息。有些发现加深了此前的认知。通过对辽西发现的世界上第一枚翼龙蛋与胚胎化石的研究,汪筱林和团队认为,翼龙应该是早熟的物种,也就是说,与今天的鸡鸭鹅类似,翼龙在破壳之后就可以自主进食。然而,在哈密发现的一枚保存有头部骨骼的胚胎化石颠覆了这一认识:对翼龙的下颌进行修理和CT扫描后,并没有找到牙齿的痕迹,而实际上,牙齿比较坚固,通常更容易保存为化石。“哈密翼龙出壳之后可能没有牙齿,在一段时间内可能还是嗷嗷待哺的宝宝。”
 
这样的证据不是唯一的。在胚胎骨骼保存相对最完整的一件标本里,哈密翼龙胚胎的股骨已经发育完全,意味着它们一出生就具备了在陆地上行走的能力;但与此同时,其左右两侧的肱骨却还没有发育完全,而这一结构与翼龙飞行密切相关。另一件胚胎标本也显示,对翼龙抬升翅膀具有重要作用的肩胛骨发育也不完全。这些都说明,翼龙宝宝不是生下来就会飞的。
 
虽然,翼龙胚胎发育不像之前认为的那么早熟,其生长发育的速度还是让汪筱林惊叹。“两岁就已经性成熟了,这也从一个方面解释了哈密地区翼龙数量如此庞大的原因。”
 
这几年,汪筱林和团队翼龙研究的步伐走得更坚实。在小切口上的深入中,不断丰富人们对空中霸主的认知。比如,去年,关于翼龙颚区结构、舌骨演化的多项研究,为翼龙食性拨开了迷雾。同时,通过对中国翼龙动物群多样性的对比研究,为还原中生代的古环境补充了新证据。
 
即使与翼龙打了这么多年交道,在汪筱林眼中,翼龙依然有着无数的待解之谜。揭开谜底,将成为他毕生的追求。
 
倡建国家地质公园
 
从2006年踏入哈密,重磅发现就接踵而至,但是汪筱林却把成果“捂”了十年。
 
十年间,除了持续的考察、保护、修复、研究外,汪筱林还在四处奔走沟通,为宝贵的化石设好保护范围,将暴露严重的化石渗胶加固、掩埋。等这些工作做好了,他们才谨慎地投出了论文,并且坚持模糊了明确的发现地点。
 
“新疆戈壁滩多,玛瑙、奇石也多,很多人都会跑到戈壁滩上捡石头;如果我们把化石地点暴露了,很难保证不会有人在好奇心的驱使下,造成无心的破坏。”
 
“将化石研究好、保护好、利用好,给我们的子孙后代留点儿东西。”汪筱林的心愿很朴素,在他多年的研究经历中,常常遇到因为技术或暴露原因造成的化石风化、破碎,这让他心疼不已;而他自己也时时被这个无奈所困扰。所以在很多公开演讲的场合,他都在不遗余力地呼吁,文保、材料和工程等各个行业的专家都来为化石保护出谋划策。
 
汪筱林也在尽自己所能做着努力。在山东莱阳,汪筱林进行了一项持续5年的实验观察。通过暴露一小部分化石,观察环境湿度、温度变化对化石自然风化的影响,从而进行最大程度的规避。“我们发现,每年3月是化石发生破碎最严重的时候,暴露在地表的骨骼往往呈现毁灭性的粉末状。”那么,埋藏在岩层中的那部分骨骼是否完好?采集修理后发现,埋藏在岩石中的骨骼基本没有受到影响。“氧化作用”这一背后真凶也被揪了出来。
 
哈密化石的风化一度让汪筱林很头疼。哈密戈壁干旱炎热,蒸发量大,盐碱富集,从这里出土的化石来到北京,“水土不服”,破碎风化明显。为此,汪筱林与上海大学、中国科学院大学和北京科技大学等文化遗产保护团队合作,从理论上入手进行成因分析,“我们先搞清楚骨骼和围岩里面什么样的成分会导致大量吸水,从而对症下药。”
 
在汪筱林看来,化石保护不能为了保护而保护,保护是为了更好的研究和利用。因此,在重要化石发现地建立国家地质公园、国家级重点化石保护产地成了他倾心推动的重要事业。位于山东莱阳的“白垩纪公园”是他的得意力作之一。在这里,汪筱林带领科考队发现了神奇的平原恐龙峡谷群以及丰富多样的地质遗迹群。认识到此处遗址保护的重要性,汪筱林建议莱阳市政府尽快申报省级地质公园,为国家地质公园的申报做前期准备。从总体的框架构建,到细节的恐龙装架展陈,汪筱林几乎全程参与。最终,一个国家级的包含两个园区、一个博物馆和两个遗址馆的莱阳白垩纪国家地质公园建成开放。
 
在汪筱林的推动下,近年来,辽宁朝阳上河首鸟化石国家地质公园、内蒙古宁城国家地质公园、哈密翼龙-雅丹国家地质公园也都一一建成。在汪筱林看来,古生物研究不是一锤子买卖,不是找几个化石回来发篇文章就万事大吉了。“我们做古生物研究,不仅要关注过去,也要关心未来。希望借助我们的研究,能让大家了解它们的科学价值,合理保护,并且利用遗址给当地老百姓在旅游、生活、文化方面创造一些机会,助力脱贫致富,造福子孙后代。”(原标题:中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员汪筱林:飞龙“捕手”)

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