從恐龍到鳥類，藏著什么演化密碼？——周忠和院士談古生物學(xué) | 錨點

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INTERVIEW

近年來，古生物學(xué)界取得一項重大成果：確認了鳥類是恐龍后裔。不少人甚至因此驚呼：鳥類就是恐龍，所以恐龍沒有滅絕！

中國科學(xué)院院士周忠和就是這項發(fā)現(xiàn)的主要貢獻者之一。2025年8月，他與另外兩位古生物學(xué)家徐星、季強共同獲得2025年未來科學(xué)大獎“生命科學(xué)獎”。

三十多年來，周忠和院士與同事發(fā)現(xiàn)并研究了一系列從恐龍到鳥類的過渡物種。他們通過系統(tǒng)發(fā)育分析、解剖學(xué)研究和功能推測，從形態(tài)和功能上建立了恐龍與鳥類之間的聯(lián)系。

本期《錨點》專欄，我們將跟隨周忠和院士進入那用化石串聯(lián)起的古生物學(xué)世界，通過偵探般的視角考察億萬年前恐龍的羽毛翅膀、起飛動力和龍鳥淵源。周忠和院士主要圍繞生物演化和達爾文進化論分享見解，并展望古生物學(xué)的未來。

周忠和

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員

1990年

從事魚類化石研究的周忠和意外發(fā)現(xiàn)了兩塊距今約1.2億年的鳥類化石——后來被命名為燕都華夏鳥。這是當(dāng)時已知保存最完整的白堊紀早期鳥類化石。以此為契機，周忠和棄“魚”從“鳥”，開始了對中生代古鳥類的研究。

1995年

周忠和與侯連海等人在遼西發(fā)現(xiàn)并命名了孔子鳥。這一發(fā)現(xiàn)填補了從始祖鳥到現(xiàn)代鳥類之間的重要演化環(huán)節(jié)。

2002年

周忠和、張福成等人發(fā)現(xiàn)了震驚學(xué)界的熱河鳥化石。該標(biāo)本揭示的原始骨骼特征表明，鳥類和恐龍有著密切關(guān)系。此發(fā)現(xiàn)也首次從鳥類化石角度為“恐龍起源于鳥類”假說提供了有力支持。

Q：可否先請您介紹一下古生物學(xué)這門學(xué)科？

A：

簡單說，古生物學(xué)就是主要研究化石的一門學(xué)科。研究的東西很古老，學(xué)科本身也挺古老。

我曾經(jīng)將古生物學(xué)工作比喻為偵探的工作，它實際上就是研究史前生命。化石這些史前生命要保存至今，真的太難了，絕大部分都留不住，少數(shù)保存下來的，其信息又不完整。比方說，恐龍活著的時候是有血有肉的生物體，但是我們今天看到的化石，絕大多數(shù)都是骨骼，可提供的信息非常有限。

怎樣從這類有限的、支離破碎的信息里，提取有用的線索，然后復(fù)原遠古生命，重建它們的親緣關(guān)系，了解它們的生活習(xí)性——這些就是古生物學(xué)家做的事。

Q：您的主要研究成果是確認了鳥類是恐龍后裔。此結(jié)論是經(jīng)過斗爭后才建立起來的。這中間經(jīng)歷了一個怎樣的過程呢？

A：

早在1868年，赫胥黎（Thomas Huxley）就提出了鳥類起源于恐龍的假說。過了幾十年，有人開始逐步推翻該學(xué)說，提出了槽齒類起源假說：鳥和恐龍可能有共同祖先，但鳥并非直接從恐龍演變而來，二者是姊妹群的關(guān)系。

到了20世紀70年代，美國著名的恐龍學(xué)家約翰·奧斯特羅姆（John Ostrom）觀察了一些新發(fā)現(xiàn)的小型恐龍化石，并通過解剖學(xué)分析得出判斷：它們與鳥類高度相似。比如，這些恐龍的翅膀上或者說是手上長有三根手指，此特征與最早的鳥類始祖鳥一致；它們每根手指的指節(jié)數(shù)量也和始祖鳥非常相似。

Q：始祖鳥是哪一年發(fā)現(xiàn)的？

A：

1861年，這是發(fā)現(xiàn)第一件始祖鳥化石的時間。

奧斯特羅姆雖然是研究恐龍的，但他曾花費大約一年時間在德國研究始祖鳥。1976年，他寫下一篇極具分量的文章，推動了鳥類起源于恐龍這一舊學(xué)說的復(fù)興。

再后來，又涌現(xiàn)了大量新發(fā)現(xiàn)，其中最重要的是來自中國的化石發(fā)現(xiàn)。從大約20世紀90年代開始，我國發(fā)掘出一系列長羽毛的恐龍的化石，如顧氏小盜龍等。過去，我們認為羽毛是鳥類特有的，但這些化石更新了我們的觀念。它們在骨骼方面也有諸多近似鳥類的特征。因此，我們建立起很多從恐龍到鳥類的演化序列，發(fā)現(xiàn)了一系列過渡類型，從而填補了部分演化空白。

實際上，我最初是研究魚化石的，后來轉(zhuǎn)向了鳥類化石。我在1990年發(fā)現(xiàn)了第一種早期鳥類化石（華夏鳥），這比“長羽毛的恐龍”的發(fā)現(xiàn)時間要早。從1990年到今天，我們的發(fā)現(xiàn)之旅已持續(xù)三十多年，命名了幾十種早期鳥類。

Q：我經(jīng)常聽到一個說法：鳥就是恐龍，所以恐龍并未滅絕，我們每天都能見到恐龍。甚至有人說：我們還每天都在吃恐龍呢。這種說法對嗎？

A：

要說“鳥是從恐龍變來的”，這話其實沒問題。但我認為，目前我們尚未建立完全成熟的生物分類體系。傳統(tǒng)分類法和現(xiàn)代分類法都存在問題。

假設(shè)現(xiàn)在要給動物分大類，按照傳統(tǒng)分類體系，鳥類應(yīng)當(dāng)屬于鳥綱，恐龍作為爬行動物，應(yīng)當(dāng)屬于爬行綱，這二者看起來差別巨大，毫不相關(guān)；但按照更強調(diào)親緣關(guān)系的現(xiàn)代分類體系，怎能不相關(guān)？畢竟，我們都知道鳥類是從爬行動物演變而來。在現(xiàn)代分類體系下，一個分類單元要包括它所有的后代，那就意味著，爬行動物應(yīng)當(dāng)包括哺乳動物和鳥類——如此分類就有點亂。

在我看來，分類是有人為性的，它是約定俗成的，旨在方便交流。舉例來說，按照達爾文的理論，從恐龍到鳥類逐步演化的過程中，一定會出現(xiàn)又像恐龍又像鳥的動物，我們也找到了很多這樣的化石。那究竟該把它視作鳥類還是恐龍？分辨標(biāo)準是什么？

曾經(jīng)有位同行開玩笑說：兩塊化石，代表兩種動物，它們之間有一段演化空白，假如新發(fā)現(xiàn)了一塊過渡類型的化石，放到那段空白里，就會導(dǎo)致一段空白變成兩段空白。以此類推，發(fā)現(xiàn)得越多，空白段就越多。

我曾經(jīng)把這種情況稱為幸福的煩惱，即化石發(fā)現(xiàn)越豐富，過渡類型越多，越能真實地反映歷史上的生物演化情況。

現(xiàn)在回到你一開始的問題。如果說恐龍有后代延續(xù)至今，我們當(dāng)然可以認為恐龍沒有滅絕，也可以把那個后代稱為“活著的恐龍”。這（從現(xiàn)代分類學(xué)視角來看）都沒錯。但從另一個層面（傳統(tǒng)分類學(xué)視角）來看，這又不對，因為已經(jīng)變成鳥類的“恐龍”不能再被叫作恐龍。

Q：這讓我想到一件很好玩的事情。我小時候聽說過有種會飛的龍，叫作翼龍。過去我一直以為它是恐龍，直到最近做調(diào)研才發(fā)現(xiàn)，原來翼龍不是恐龍！您可以聊聊這方面的內(nèi)容嗎？

A：

之所以會出現(xiàn)這種誤解，主要原因在于名字。

我們知道，“龍”的形象是古人想象出來的，是多種動物的組合體，主要像爬行動物。而“恐龍”（dinosaur）是外來詞，由英國古生物學(xué)家理查德·歐文（Richard Owen）命名，其字面意思是“恐怖的蜥蜴”，dino對應(yīng)恐怖，saur代表蜥蜴。蜥蜴可能就代表一種爬行類動物。類似的還有“魚龍”（ichthyosaur），即“魚形（ichthyo）的蜥蜴”。“翼龍”（pterosaur）就是“有翅膀（ptero）的蜥蜴”，或者說是有翅膀的爬行動物。

翻譯成中文后，我們都稱它們?yōu)槟衬除垼@種稱呼容易讓人誤解。

此外，不同龍之間的親緣關(guān)系也分遠近。比如，翼龍與恐龍的關(guān)系更緊密，滄龍則更接近蜥蜴。這幾個都屬于爬行動物。

Q：翼龍和鳥類是什么關(guān)系呢？二者都能飛行，但它們的親緣關(guān)系反倒沒那么近，對嗎？

A：

對的。這二者的飛行能力應(yīng)當(dāng)是各自通過獨立演化獲得的，飛行機制也不同。鳥借助其特殊的骨骼結(jié)構(gòu)以及主要由羽毛組成的翅膀?qū)崿F(xiàn)飛行。翼龍飛行靠的是皮膜。

Q：就像蝙蝠一樣，對嗎？

A：

翼龍的皮膜附著于骨骼上，能提供飛行動力——這方面與蝙蝠很像。但二者又不完全一樣。蝙蝠是哺乳動物。

事實上，關(guān)于鳥類飛行能力的起源是有爭論的。有兩個相互競爭的假說：樹棲起源說和地棲起源說。樹棲起源說認為，動物在獲得飛行能力的初期階段，曾于樹上生活，它們在樹枝間跳躍、滑翔，然后逐漸演變?yōu)轱w行者。地棲起源說由復(fù)興“鳥類起源于恐龍”假說的奧斯特羅姆提出。他認為，鳥類的恐龍祖先們——那些靠兩腳奔跑的小型獸腳類動物——會在奔跑的過程中扇動翅膀，慢慢地就變得能飛了。

當(dāng)時我和徐星就覺得奧斯特羅姆的理論不對。我們的研究支持樹棲起源說。其中一項證據(jù)顯示，某些恐龍能爬樹，比如小盜龍。小盜龍化石的一些解剖學(xué)特征（比如腳趾的部分結(jié)構(gòu)）讓我們覺得它更適合在樹上生活。

Q：古生物學(xué)家的工作似乎非常辛苦，聽說你們經(jīng)常需要去野外、挖化石，另外還需要用現(xiàn)代科技手段做分析。可否請您介紹一下您工作中用到的一些科技方法？

A：

除了野外工作，古生物學(xué)研究者的大部分時間是在室內(nèi)度過。室內(nèi)工作包括對化石的修理、觀察、測量等，以及通過各種設(shè)備分析化石。

隨著科技的發(fā)展進步，我們運用的技術(shù)越來越豐富。其中有一些高精度的技術(shù)，比如計算機斷層掃描技術(shù)，可以讓我們從更微觀的層面觀察化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。還有些技術(shù)側(cè)重于化學(xué)成分分析，比如質(zhì)譜技術(shù)，能精確測定化石元素組成。此外，工程軟件可用于分析諸如“恐龍下頜的咬合力有多大”之類的問題。

古生物學(xué)與地層學(xué)這個學(xué)科也密不可分，因為古生物學(xué)研究者需要研究化石所在地層的巖石。

我們經(jīng)常提到的中生代、侏羅紀、白堊紀等，都是非常重要的年代概念，若無年代，談?wù)撗莼瘯r就少了一種框架。對我們而言，來自不同時代的化石承載著不同的演化意義。

大約在1999年，我們與國外學(xué)者開展合作，研究了與化石保存在一起的火山灰的夾層。我們從里面取出一些礦物，包括長石和鋯石，然后用它們做放射性同位素分析，最后精確地定年。后來國內(nèi)也有其他學(xué)者開展此類工作。因此過去二三十年間，定年技術(shù)的精度有了很大提升。

說來非常有趣，現(xiàn)如今我們重點關(guān)注古生物化石的年代，但在古生物學(xué)剛誕生之時，它的主要作用其實是幫助定年！

在還沒有放射性同位素定年方法的時候，我們不知道某一條地層是哪個時代的，但我們知道生物演化有規(guī)律可循。不同時期（例如侏羅紀和白堊紀）的生物，其發(fā)展階段和化石組合不同。我們可以根據(jù)化石組合判斷地層年代。

另外，地質(zhì)學(xué)家也能告訴我們，物種在它生活的時代面臨何種環(huán)境。這對于我們從根本上理解進化而言是至關(guān)重要的。

Q：目前我國的古生物學(xué)在世界上處于什么地位？

A：

我覺得我們的優(yōu)勢很大。首先，我們地大物博，資源豐富。從化石資源和地質(zhì)資源來看，我們絕對算得上大國。我們有各種不同地質(zhì)年代的化石，有許多世界級的化石寶庫，如熱河生物群、燕遼生物群以及距今五億多年的澄江生物群……

Q：據(jù)說我們發(fā)掘的恐龍化石在數(shù)量和種類方面都已是全球最多的了。

A：

關(guān)于數(shù)量，我不確定。至于種類，有人做過統(tǒng)計：全世界已經(jīng)命名的恐龍物種有兩三千種，其中有三百多種來自中國。在那些公認比較可信的恐龍物種中，由我國貢獻的占比最大。

Q：從這個意義上說，我們是不是成了“恐龍第一大國”？

A：

可以這么說吧！（對話雙方笑聲爽朗）

但要論是否最強，我覺得還不好說。在原創(chuàng)理論貢獻方面，我認為我們與發(fā)達國家仍有一定差距。

中國古生物學(xué)實際上有不錯的歷史底蘊，這是另一大優(yōu)勢。在20世紀20年代，中國古生物學(xué)剛剛起步，那時就有一批從國外回來的學(xué)者，所以我們起點較高。

在我看來，中國古生物學(xué)目前取得的這些發(fā)現(xiàn)還是比較有國際影響力的。《科學(xué)》（Science）雜志曾于2001年發(fā)布專題介紹中國的古生物學(xué)。這是他們歷史上少有的。

Q：進化論是一個您經(jīng)常談?wù)摰脑掝}。為什么您對進化論如此關(guān)心？

A：

古生物學(xué)與進化生物學(xué)密切相關(guān)。

實際上，大眾關(guān)于進化論的誤解非常多。舉個例子，不少人會將拉馬克的進化觀點，比如用進廢退和獲得性遺傳，強加到比他年輕六十多歲的達爾文頭上。

達爾文的核心思想是自然選擇。大家常管這叫“物競天擇”“適者生存”。“物競天擇”聽起來就還好，但我覺得“適者生存”一詞帶來了誤區(qū)。“適”往往代表主動適應(yīng)。生物學(xué)中也有適應(yīng)的概念，但這種生物學(xué)適應(yīng)更多是被動的，是自然選擇的結(jié)果。當(dāng)你看到某種動植物與其所在環(huán)境特別匹配，這實際上就是大自然日復(fù)一日篩選造就的結(jié)果。而大家往往只看結(jié)果，卻忽略自然選擇的過程。

另一個較大的誤區(qū)在于認為進化是有目的、有方向性的。仿佛我們?nèi)祟愂沁M化的終極目標(biāo)，一切進化都圍繞人而來。這完全不對。人類的演化確有規(guī)律可循，但也存在極大的偶然性。假如地球生命演化歷程重來一次，可說不好，是吧？

所以說，進化實際上沒有必然方向。而后知后覺的我們喜歡根據(jù)結(jié)果往前推過程，然后總結(jié)出所謂方向性。

這也是許多科學(xué)家喜歡將evolution翻譯為“演化”（不預(yù)設(shè)方向和目的）而非“進化”（隱含生物從低等向高等發(fā)展的方向性）的原因。

Q：您曾在演講中提及“媒體常報道某研究挑戰(zhàn)了達爾文的進化論”，那么在歷史上，是否出現(xiàn)過真正對達爾文構(gòu)成挑戰(zhàn)的理論？

A：

我認為真正能挑戰(zhàn)達爾文的學(xué)說是木村資生在20世紀60年代提出的中性突變理論。

該理論直接指向達爾文“自然選擇”這一核心思想。木村資生認為，生物體的基因突變大部分都是中性的，是隨機、偶然的變化，既不提高也不降低生物體生存與繁衍的能力，因此，自然選擇對它們不起作用。

圍繞中性突變學(xué)說的爭論持續(xù)了幾十年才得以平息。大家發(fā)現(xiàn)彼此爭論的不是同一回事兒。我們知道，物質(zhì)在不同層次上適用的規(guī)律是不同的，而中性突變主要還是發(fā)生于分子層面（這不是達爾文理論涉及的層次）。

此外，學(xué)界也意識到，基因突變雖然大部分是有害的或中性的，僅有極少數(shù)利于生物體生存和繁衍，但只要存在這少量的有益突變就夠了。生物演化就是如此。此外，遺傳漂變也強調(diào)，種群規(guī)模變得很小時，結(jié)果有很多不確定性。

鑒于上述種種，科學(xué)家越發(fā)確信，進化結(jié)果沒有方向性，而是充滿隨機性。

Q：是否可以這么說：中性突變理論認為，即使環(huán)境不改變，只依靠分子的隨機突變，也足以產(chǎn)生新物種？

A：

是的。我認為分子生物學(xué)的確提供了這樣一種視角。實際上，木村資生的理論并未真正挑戰(zhàn)進化論，反倒是豐富了達爾文的學(xué)說。

Q：關(guān)于古生物學(xué)和進化論的發(fā)展趨勢，您有什么看法？

A：

現(xiàn)在有一個相關(guān)領(lǐng)域叫進化發(fā)育生物學(xué)。它將發(fā)育生物學(xué)與分子進化的部分內(nèi)容相結(jié)合。古生物學(xué)家也會參與這個領(lǐng)域的工作。

在我看來，生命與環(huán)境之間的關(guān)系是幾十億年來生命演化的核心。環(huán)境里很多都是選擇因素，比如溫度、二氧化碳的濃度、氧氣的濃度這些變化，再比如現(xiàn)代人面對的某些重金屬元素、精神壓力……這些都是外部環(huán)境因素，能直接影響人的基因表達、疾病風(fēng)險。

我認為在這些方面還有很多工作要開展。這些探索也有助于我們更深入理解進化的過程。

Q：您認為古生物學(xué)領(lǐng)域亟待攻克的核心問題是什么？

A：

基于古生物學(xué)這門學(xué)科的特點，要說核心問題，還真沒有。但古生物學(xué)要取得新突破，一定程度上需要借力其他基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，包括物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)和信息科學(xué)等。

這些基礎(chǔ)學(xué)科可以提供我們需要的工具，比如用于提取和解讀化石信息的先進技術(shù)。再比如，關(guān)于進化的理論或地質(zhì)學(xué)的方法，或許有望帶來更理想的測量精度。

我們當(dāng)前面臨的一個最大的問題是，古生物學(xué)研究和現(xiàn)代進化生物學(xué)研究，二者關(guān)注的時間跨度天差地別。古生物學(xué)研究者動輒就以百萬年計，而現(xiàn)代進化生物學(xué)的研究者往往更關(guān)注幾年或幾十年的跨度。雙方根本不在一個頻道上對話。

所以說，技術(shù)的更多跨學(xué)科應(yīng)用以及科學(xué)家之間的“古今對話”，可能是未來古生物學(xué)發(fā)展前行的動力。

袁嵐峰

《錨點》科學(xué)對談人

-本文刊載于《世界科學(xué)》雜志2025年第12期“錨點”專欄；該節(jié)目由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技傳播系副主任袁嵐峰研究員主持。該專欄由《世界科學(xué)》編輯部和東方衛(wèi)視《錨點》節(jié)目組聯(lián)合開發(fā)-

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