精美的中国化石为生命之书增加新的篇章
(埃里克 斯托克斯塔德执笔，丹尼斯诺米尔和熊蕾协助报道。原文登载于2001年1月12日Science。译文由中国科学院古脊椎所提供。)
古生物学者正成群结队前往中国，中国已经加强对古生物领域的支持，以充分利用其卓越地保存下来的化石宝库的优势
中国，四合屯--周忠和为化石而回到中国。眼前这片中国东北农村起伏的山丘，曾经是富有鱼类、鸟类和恐龙的浅湖区。36岁的周知道，对古鸟类学者来说，没有比这里更好的工作地点了。
六年前，作为美国堪萨斯大学的一名研究生，周参与了对中国一种喜鹊般大小的原始鸟类──孔子鸟（Confuciusornis）进行首次描述的课题组。周1999年回国后，又研究了来自辽西同一化石层的带羽毛恐龙。这些发现可能有助于解决古生物学最大的争论--鸟是否起源于恐龙。与该地区大量其他优质化石一道，它们记录了一幅1.25亿年前早白垩纪时代生命的详尽图画。乔治华盛顿大学的 James Clark 说：“对脊椎动物化石来说，现在这里是世界上最激动人心的地区之一。”
辽宁不是中国唯一的古生物热点地区。中国西南部云南省的澄江组也以保存精美的化石而闻名，这些化石正在帮助古生物学者们整理大约5.3亿年前的寒武纪生命大爆发的纪录。澄江已经发现的化石将脊椎动物关键特征的出现时间大大提前，最近在那里还发现了世界上最古老的鱼。类似的发现已经引起了广泛关注。
遍布中国的较小一些的化石点也同样吸引了那些渴望填补生命史缺失篇章的古生物学者。1991年在英国召开的一次会议上，西乔治亚州立大学的 Johnny Waters 第一次看见中国同行带去的棘皮动物化石时，眼珠子都快掉出来了。他和 Bloomington 印第安纳大学的同行 Chris Maples 及 Gary Lane 马上安排到中国西北遥远的沙漠中考察，那里距今3.55亿年前的晚泥盆纪地层中产有保存得十分漂亮的棘皮动物化石，过去人们认为在这一时代棘皮动物都已经大量绝灭。他们在新疆 Hongguleleng 组被风刮过的荒芜的露头上进行发掘，发现的物种数量甚至超过了以往采集到的这个时代物种数量的总和。华盛顿史密森（Smithsonian）学会的 Doug Erwin 说：“这使我们对泥盆纪大绝灭后的复苏有了完全不同的看法。”
这些发现和其他发现一起使中国成为古生物学者的圣地。中国复杂的地质条件使其具有独特而多样的化石收藏。政府对这个领域日益增加的支持使得周和他的同事们得以追逐这些难得的机遇，与日俱增的合作也正在引进外国的科学家和资源。加拿大 Drumheller 皇家 Tyrrell博物馆的 Philip Currie 说：“跨度如此巨大的时代和环境很令人激动。在[北美古生物学]研究薄弱的领域，我们可以在中国寻找答案”。
资金和人才的流入，恰逢中国已开始采取西方式的研究方式，包括通过自下而上的提案竞争申请获得基金的制度。其效果已经很明显。哈佛大学一位古生物学家Andrew Knoll说：“在该领域的很多研究前沿，保存极好的化石正使我们对生命历史的理解发生转变。”
最早的脊椎动物
在云南，很多小组在寻找最早的脊椎动物，竞争趋于白热化。古生物学者早就认为，脊椎动物最初出现于寒武纪大爆发中，即绝大多数现代动物身体体制形成的时候。但是由于寒武纪生物绝大多数是软体，并且各部位保存不佳，所以化石记录十分稀少。实际上，直到90年代中期，最早的脊椎动物化石记录是仅仅4.75亿年前奥陶纪有骨板的小无颌类。然而在过去几年中，云南澄江的化石使此记录惊人地提前了6千万年。这套大约50米厚的地层包含了非常丰富的化石，其露头分布在自西向东大约100公里的有零星植被的小山丘上。中国科学院南京地质古生物研究所（南古所）有一支队伍在此工作，该所的金玉玕说，在有些地段，“你一天可以找到20块标本”。澄江的地层时代比寒武纪另外一个化石宝库--加拿大布吉斯页岩早大约1千万年，更接近脊椎动物的起源。“你离脊椎动物起源越近，你的材料越重要，”美国新泽西 Kean 大学的于小波说。这套地层已经问世几十年了，但它自1995年起才被大量关注，当时南古所的陈均远报道了4厘米长的生物云南虫(Yunnanozoon)，并提出它是包括脊椎动物在内的脊索动物的一种。
这样的发现激励着其他中国古生物学者来挖掘化石，并重新检查过去可能被忽视的标本。西方古生物学者加入其中后，步伐就更快了。在1999年11月《自然》刊出的一篇论文中，中国西安西北大学的舒德干和英国剑桥大学的 Simon Morris 报道了更多的脊索动物。5.3亿年前的3厘米长的海口鱼 (Haikouichthys) 看来是世界上最古老的鱼，而另一个新标本--昆明鱼 (Myllokunmingia)，有着更简单的鳃，形态也更原始。对研究者来说，这些早寒武纪的无颌鱼表明脊索动物起源时代应该更早。
为了有更多的收获，去年中国政府分5年拨款240万美元给南古所、北京古脊椎动物与古人类研究所（古脊椎所）及几所大学的八个课题组，支持对澄江和辽宁的进一步研究。南古所的孙卫国说，“支持强度很大。”但是资金多了也造成紧张。至少有五支不同队伍在澄江工作，但“相互之间根本没有合作”，1984年澄江第一块软体化石的发现者--云南大学的侯先光说。
飞行与争论
同样这些因素──充足的资金，竞争，难以置信的狂热，以及重要的问题--在三千公里外东北的辽西同样可见。广泛分布的湖相泥和火山灰岩层里面蕴藏着带羽毛的恐龙，原始鸟类和其他在偶然的火山爆发中被活埋的稀有动物。迅速埋藏保存了完整的骨骼──有时甚至包括在胃里未被消化的蜥蜴和哺乳动物，以及腹中未下的蛋。细的沉积物使皮肤和羽毛的印痕得以保留。这个地区由于90年代中期北票附近两个地点发现的原始鸟类而举世闻名。
这的确是古鸟类学者的一个突破。自1861年已知最早的始祖鸟发现以来，出土的鸟类化石寥寥无几。实际上根本没有办法了解鸟类是如何进化出其独特的形态的重要方面，如用于附着强大飞行肌肉的龙骨突等。过去十年中，在蒙古、西班牙、阿根廷和马达加斯加也有几起发现，但中国化石鸟类仅仅凭数量就使它们相形见绌，辽宁从而成为世界上化石鸟类研究最热的热点。
采自山坡上的采石场，以及干涸的农田里受侵蚀的溪岸边的这些化石，显示出早白垩纪鸟类具有惊人的多样性。其中最新的发现就是上月（2000年12月8日本刊1995页）发表的原羽鸟。这些发现包括数十个种类，有些种类令人着迷地兼具原始和进步性状。它们显示出鸟类的形态如肩带、翅膀和龙骨突是如何进化的。在劳伦斯的堪萨斯大学自然历史博物馆的 Rick Prum 说：“现在我们有了难以置信的各种各样的鸟类标本，它们使我们能深入了解这些形态系统是如何进化来的。”
这些原始鸟类中最著名的喜鹊般大小的孔子鸟，最早是由1995年古脊椎所的侯连海、周忠和、堪萨斯大学的 Larry Martin 和北卡罗来纳大学的鸟类学者 Alan Feduccia 等人描述的。不象它稀少的亲戚始祖鸟，孔子鸟有着众多的标本，致使北票郊区一个古生物博物馆可以把十几个孔子鸟化石用水泥拼粘在一面墙上，作装饰用。美国洛山矶县立自然历史博物馆的Luis Chiappe 说：“我们第一次拥有如此众多的古鸟类样本。”
Chiappe 说，这样的数量使一些新的研究得以进行，如羽衣的性双型的形态分析，以及通过骨骼组织切片研究像孔子鸟这样的早期鸟类生长的信息。切片在标本稀少的时候是决不可以进行的。Prum 也同意这一观点，认为，“了解早期鸟类生物学信息的前景是光明。”的确，1999年回到古脊椎所的周非常渴望探讨埋在辽西的这些令人难以置信的古生物财，仅去年秋天他就四次奔赴400公里外辽宁。
辽宁化石的保存异常完好──远远超过了几乎世界上任何其他地方。因此它们在古生物学最热门的争论中也扮演了重要的角色。大多数古生物学者相信鸟类从恐龙进化而来，因为这两个类群共有许多重要的骨骼学特征，例如叉骨和长的前肢。但羽毛一直被认为是鸟类根本的属性。最近中国发现的恐龙化石上的羽毛迹象引起如此轰动，原因就在于此。
关于恐龙可能长有羽毛的第一个线索来自1996年10月召开的北美古脊椎动物年会。南古所的陈丕基在大厅中展示了一只被命名为中华龙鸟的小型恐龙的照片。化石的颈部和脊柱边缘有长可达4厘米的细鬃毛状印痕。然而并不清楚这些纤维是否真是羽毛。有古生物学者认为它们是过渡性的“原始羽毛”，但也有人认为那仅是腐烂的小块组织的遗存。
1998年6月，确切无疑的羽毛初见天日。时任中国地质博物馆馆长的季强与他的合作者Currie 以及纽约美国自然历史博物馆的 Mark Norell 和地质博物馆的姬书安描述了两个新型的兽脚类恐龙，这两种恐龙的身上和尾部长有绒毛状的羽毛。尤其是其中的原始祖鸟，其尾部装饰着扇状的具片状结构的羽毛，表明了羽小枝的存在。另一种名为尾羽龙的恐龙的前肢第2指上也长有羽毛。怀疑鸟类恐龙起源说的人对这些羽毛并无争议，但他们认为尾羽龙和原始祖鸟是不会飞的鸟，而不是恐龙。他们还指出，与鸟类最相似的恐龙--驰龙并没有羽毛。但1999年，古脊椎所的吴肖春、徐星和汪筱林报道的一种驰龙类恐龙──１米长的中国鸟龙，就有绒毛状的羽毛。去年发现的被命名为小盗龙的另一种驰龙类恐龙，具有更接近鸟类的特征。Chiappe 说：“就恐龙演化和鸟类起源的科学意义而言，这些化石和始祖鸟同样重要。这是这个领域的重大突破。”
关键的哺乳动物
古哺乳动物学者在辽宁化石层中做出了同样重要的发现，尽管这些发现提出问题要比回答的问题更多。由于多数组件的缺失，哺乳动物的起源始终是个谜。因为这些小动物大多不易保存为化石。综观全世界，多数中生代哺乳动物都仅保存为零散的牙齿化石。同恐龙和原始鸟类一样，辽宁特殊的保存条件弥补了上述缺陷。
1999年，在那里发现了第一具相对完整的三尖齿兽化石骨架。该类哺乳动物过去仅保存有牙齿、下颌和少量头骨碎片化石。这个距今1.25亿年的生物被季强，卡内基自然历史博物馆的罗哲西和姬书安命名为热河兽（Jeholodens）。它被认为是最接近现生哺乳动物共同祖先的类型。Texas 大学的 Tim Rowe 说，“古生物学神圣的追求之一，就是发现现生哺乳动物的祖先，热河兽是最接近的类型。”
这个完整得“令人瞠目”的标本揭示了一个奇特的特征：热河兽的前肢位于体下，但后肢却保留爬行类的爬行姿态。这一发现可能表明，在这个共同的祖先身上，直立的前肢进化了一次，后来在单孔类中缺失了，它们除其他爬行类特征外还有伸开的肢体。也可能表明，现代的前肢类型，是在三尖齿兽离开哺乳类演化主线之后才进化到三尖齿兽中。也就是现代的前肢类型可能演化过两次。
此类情况并不仅限于澄江或辽宁这样的化石富集区。在中国各地，中国和西方科学家都在协力解决古生物难题。最近关于2.45亿年前已知最大的大绝灭的发现就是一例。史密森学会的 Erwin 说，“如果你对二叠/三叠纪界线的大绝灭感兴趣，你必须去中国。”因为仅在华南就至少有50个好剖面──是世界其他地方的三倍。Erwin和南古所金玉玕(王字旁加干)小组的合作研究表明，绝灭是突然的，而不是逐渐的。Erwin、金和麻省理工学院的地质年代学家 Samuel Bowring 的同位素研究测定，绝灭仅仅发生在一万年之内。这个时间与一个流星的撞击这样的大灾难造成的绝灭的迅捷速度是一致的，而不同于海平面或气候的逐渐变化所引起的绝灭。
长期与中国合作的 Currie 说：所有这些活动形成良性循环。他解释说，发表的文章越多，越引人注意。从而又吸引了更多的合作，导致是更多的论文发表，引来更多的资金。他说：“我觉得这一趋势不会停止。”
的确，对科学继续发展的最大威胁来自外部。在辽宁和其他地方，未被发现的化石正面临掠夺和黑市价格飙升的威胁。尽管这些活动理论上有可能耗尽这些不可再生的资源，但西方和中国的古生物学家都乐观地认为，古生物研究的黄金时代不会很快过去。南古所的孙革说：“有很多更重要的发现在等着我们”，已经发现的“仅仅是一个开始。”
