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热河生物群研究的进展与评述

2002年06月04日

 

   中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员 周忠和  撰文--<本站首发 版权所有>

  热河生物群的发现和研究,近来持续“高温”,热度不减,不仅出现了不少新的化石,而且,研究成果还屡屡发表于国内外顶尖科学刊物,引起公众很大的兴趣。本文的目的是对最近半年来,发表在英国“自然”、美国“科学”以及国内外其它一些重要刊物上的一些主要相关成果作一简要评述。希望借此机会,帮助读者进一步认识热河生物群的重要科学意义,同时澄清一些容易产生疑惑的问题。

  热河生物群因产出古鸟类、哺乳类等而闻名,更因出现身披羽毛的恐龙而轰动世界。本人在早些时候写的《恐龙的羽毛越来越清晰》一文中,简单介绍了恐龙羽毛研究的发现和进展,在此不再重复。在我和国外同行的接触和交流中,常有的一点感受是,国际上很多人对恐龙羽毛的认识往往跟不上中国化石发现的步伐。

恐龙家族的新成员

  热河生物群中的恐龙本来已经十分丰富多彩了。从小个头的小盗龙一直到大块头的锦州龙;无论带羽毛的恐龙,还是身体上至今还没有发现过羽毛的种类;吃肉的还是素食的恐龙,它们在这里一样繁衍生息。

  最近新增的两个新类型,一个叫中国猎龙,它属于伤齿龙类。在关于鸟类起源的讨论中,除了驰龙类被认为是鸟类最可能的祖先外,还有两类恐龙也常常被提出可能是鸟类的祖先,这就是伤齿龙类和窃蛋龙类。毫无疑问,驰龙类(如中国鸟龙、小盗龙)和窃蛋龙类(如尾羽龙)在我国辽西地区过去已经发现不少,而伤齿龙类的发现,还属于首次。中国猎龙的意义当然不仅仅限于填补了一个地域上的空白。它所表现的一些和鸟类相似的特征,都是过去我们所闻所未闻的。它将我们对鸟类起源的研究引人一个新的阶段:换句话说,既然鸟类起源于恐龙,那么究竟是哪一支恐龙直接演化至鸟类?在向鸟类过渡的过程中,鸟类的特征是怎样一步步出现的?它们的分布情况如何?

  另外一种新发表的恐龙是辽宁角龙。顾名思义,这是一类角龙。它和产于同一地区的朝阳龙,鹦鹉嘴龙,热河龙等一样,属于鸟臀类恐龙。这一次我们介绍的恐龙,和鸟类起源没有任何关系。角龙类在恐龙的进化世界,是最晚开始产生大规模分异辐射的一支。辽宁角龙的意义主要在于增加我们对角龙类演化的了解。角龙的演化过程中出现了三角龙这样独特的类型。恐龙学者把进步的角龙归入到“新角龙类”,辽宁角龙被认为是这一类群的最原始代表。

  如果说有了带羽毛的恐龙,我们读到了恐龙用羽毛打扮自己的故事;那么,有了辽宁角龙,我们又见识了聪明的恐龙用头饰装扮自己的传奇经历。

中生代鸟园又添新丁

  热河生物群的鸟类和恐龙一样精彩纷呈。很多人知道,辽西鸟是热河生物群发现的最小的鸟类。最新发表的一种被称为会鸟的鸟类,却是热河生物群已知最大的鸟类,它甚至比始祖鸟还要大。会鸟一名是从拉丁属名Sapeornis翻译而来的,源自国际古鸟类协会的缩写“SAPE”, 以纪念第5届国际古鸟类会议2000年在中国的成功召开。会鸟不仅个头大,而且还具有不少十分原始的特征。据估计是一类滑翔飞行的高手。

哺乳动物的最新发现

  近期哺乳动物的发现,最有影响的要数始祖兽。这是已知最古老的真兽类哺乳动物(有胎盘类)。同时也是热河生物群发现的第一件真兽类哺乳动物。过去,在辽西发现过不少重要的哺乳动物,如张和兽,热河兽,爬兽等;前一种属于对齿兽类;后两种属于三尖齿兽类;这些化石都比真兽类原始,尽管它们生存的时代都是1.25亿年左右。

  始祖兽的发现主要的意义体现在两个方面:第一,表明原始基干类型真兽类的辐射最迟不晚于1.25亿年。分子生物学研究表明,现生有胎盘类各超目辐射的时期大约是在0.64-1.04亿年之间。这说明,原始真兽类的辐射比现生真兽类的辐射要早得多;第二,过去在早白垩世发现的真兽类化石都是地面奔跑类型的动物,而较它们更加原始的始祖兽却具有攀援的结构特征,表明早期真兽类在行走、习性等方面有了很大的分异,从而能够在早白垩世占据不同的生态空间。

  哺乳动物的另外一个新的发现是中国俊兽,这是热河生物群发现的第一种多瘤齿兽类。多瘤齿兽类是中生代十分重要的一类哺乳动物,从晚侏罗世一直繁衍到新生代早期。中国俊兽是晚白垩世之前发现的最完整的一个多瘤齿兽类骨架。中国俊兽被归入到始俊兽科;这个科的化石全部发现于早白垩世。据研究,在骨骼特征上,中国俊兽介于晚侏罗世和晚白垩世的多瘤齿兽类之间,是一种典型的过渡类型。

被子植物研究取得重要进展

  自从辽宁古果化石发现以后,人们对热河生物群的被子植物也发生了浓厚的兴趣。过去,在热河生物群,不少的植物都曾经被描述为被子植物(开花的植物),后来,其中许多又被否定了。这本来是古生物研究的特点之一;这个现象还说明,在化石中确定可靠的被子植物不是一件容易的事情。

  辽宁古果,被不少权威学者认为是热河生物群唯一一种已知“比较”可靠的被子植物化石。但是,不少的学者还认为,并没有百分之百的证据说明,它一定是被子植物。最近发表的中华古果,再次成为大家关注的热点。其重要性勿庸置疑。中美学者,通过详细的研究,建立了一个新的科,古果科。中华古果化石无疑是最重要的开花植物化石之一。化石从根部开始,一直到枝叶和花,都有精美保存,为被子植物起源研究提供了十分珍贵的材料。古植物学家们还结合形态学和分子生物学两方面的特征,探讨了古果的系统位置,结果认为它是最原始的被子植物。

  古果研究的另外一项重要发现在于,它的许多特征显示了水生草本植物的特性。长期以来,大多数学者认为,被子植物起源于木质的类似于木兰的植物,古果研究的结论却支持被子植物起源于水生草本植物的假说。草本植物生长快,繁殖早,因此具有比其它种子植物的竞争优势。当然,古果的研究对于探讨花的起源也具有重要的意义。

  某些媒体报道的“1.45亿年前盛开在中国辽西地区的“世界最早的花”――辽宁古果、中华古果,新近被确认属于迄今最古老的被子植物”则令人生疑,多少有些哗众取宠。首先,1.45亿年的结论并不可靠(详见以下部分),而且,在中美学者发表的论文中,主要采纳的时代也是1.25亿年(同期“科学”杂志配发的另外一篇文章也采用了这一结论),而不是1.45亿年。

  另外,还有媒体写到“古果的发现还有力地验证了‘东亚是被子植物起源中心之一’的推论”,遗憾的是,无论是在中美学者最近的文章中,还是“科学”杂志配发的另外一篇文章,没有一个与此相关的字眼。不知,这样的结论从何谈起?

热河生物群的时代越来越肯定

  以上提到的古果的时代,实际上即是热河生物群的时代问题。更具体的说,热河生物群的许多重要化石都产自义县组。义县组的年代直接关系到这些生物的时代。过去,确实存在时代争议,而且同位素测定的结果也不相同。因此才出现了1.25亿年还是1.45亿年的争论。最新的一项测年工作,可以说基本解决了这一争议。长石单晶氩氩方法重新测年的结果和锆石测定的结果十分吻合,义县组底部的年龄都是1.25亿年。更加重要的是,一系列的工作(如阶段加热法)表明,辽西地区云母矿物严重蚀变,钾流失严重,氩体系开放,因此根据云母得到的1.45亿年的结果根本没有地质学意义,这一点目前已经被大家接受。而且,最近中国地质学家对义县组下伏火山熔岩的测定结果,也都支持义县组属于早白垩世中期的结论。

  虽然每一个古生物学家都希望发现最早,最原始的祖先类型,但是我们都无法改变基本的科学事实。我们研究的热河生物群生活在白垩纪的恐龙公园、鸟园或植物园,而不是更加著名的侏罗纪恐龙公园。

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