明察秋毫的CT掃描儀讓一片塵封了億萬(wàn)年的化石,向我們講述它不為人知的秘密。
研究遠(yuǎn)古的專業(yè)人員——古生物學(xué)家閱讀了消失已久的古生物遺骸和它們的生命軌跡,試圖重建其生活模式。人們想知道,早已滅絕的物種曾經(jīng)是怎樣生活、怎樣遷徙的?它們的小寶寶住在哪里?吃什么?是怎樣長(zhǎng)大的?很多時(shí)候,留下來(lái)的線索少到使我們難以很有把握地回答這些問(wèn)題。要是能進(jìn)入一部時(shí)間機(jī)器,找回我們所有問(wèn)題的答案該多好啊!
早在1895年,英國(guó)小說(shuō)家H.G.威爾斯發(fā)起對(duì)他的科幻小說(shuō)《時(shí)間機(jī)器》的討論以來(lái),時(shí)間機(jī)器就成為人類文化意識(shí)的一部分。亞瑟·柯南道爾爵士在1912年發(fā)表的小說(shuō)《消失的世界》中,提出了訪問(wèn)遠(yuǎn)古的思想。不知有多少古生物學(xué)家和古人類學(xué)家像我一樣,自幼便深受這些著作的熏陶。
威爾斯的書(shū)大約出版于發(fā)現(xiàn)x光的時(shí)代。x光這種神秘力量的實(shí)證,令科學(xué)家和公眾不安而迷惑,甚至它很可能還催生了威爾斯的科幻小說(shuō)。如今,x光正在變成真正的時(shí)間機(jī)器,像看透皮肉一樣使我們輕而易舉地穿透巖層和時(shí)間,一探究竟。
存在主義的危機(jī)
大多數(shù)讀者想必都聽(tīng)說(shuō)過(guò)計(jì)算斷層掃描法,即CT。CT掃描儀利用x光從身體的許多不同角度拍照,再由一臺(tái)計(jì)算機(jī)綜合這些照片,生成一幅三維圖像。微型CT掃描儀在更小的范圍內(nèi)運(yùn)用同樣的原理。它已經(jīng)過(guò)大規(guī)模開(kāi)發(fā),大多數(shù)利用它來(lái)進(jìn)行研究的“病人”是無(wú)生命的,比如數(shù)百萬(wàn)年前的動(dòng)物的化石。
弗吉尼亞自然博物館的古生物學(xué)家尼克·弗雷澤,運(yùn)用微型CT掃描已能詳細(xì)辨認(rèn)距今大約2,2億年前留下的東西。弗雷澤說(shuō):“我們接觸到它,然后就找樣本。在一個(gè)悶熱的日子,我獨(dú)自劈開(kāi)一塊頁(yè)巖。常常是這樣的情況,頁(yè)巖一旦裂開(kāi)暴露于空氣,黑色的表層立刻就會(huì)被碳酸鈣所覆蓋,這樣一來(lái)幾乎任何化石都難以辨認(rèn)。這個(gè)標(biāo)本正好就是這樣的情況。實(shí)際上,我把它舉到肩上正要扔掉,就在這時(shí),光線照在那些肋骨上,使它們輪廓分明。我又看了一眼,想這是一個(gè)腔棘魚(yú)的尾巴,就在上面寫(xiě)了一個(gè)場(chǎng)地號(hào)。就在這天結(jié)束的時(shí)候,我突然意識(shí)到,那個(gè)‘尾巴’正是一個(gè)小骨骼的末端和細(xì)長(zhǎng)的頸部!”
弗雷澤笑著回憶道:“在那個(gè)時(shí)候,我想我可能得到了一種滑翔的動(dòng)物?!钡芸?,一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)擺在弗雷澤面前?;?chē)氖^很硬,而且和化石骨骼幾乎是一樣的顏色!如果不能看到標(biāo)本,那么,按照科學(xué)的定義它就不存在。
四條腿和一對(duì)翅膀
在一次脊椎動(dòng)物學(xué)會(huì)古生物學(xué)家會(huì)議上,一位準(zhǔn)備發(fā)掘這個(gè)化石的科學(xué)家向艾倫·沃克提及這件事。艾倫·沃克是賓夕法尼亞州州立大學(xué)的一名古生物學(xué)家。沃克建議弗雷澤把標(biāo)本帶到位于賓夕法尼亞州的圖像定量中心,看看微型CT掃描儀能不能解決。
要掃描這個(gè)標(biāo)本很難,因?yàn)楹谢膸r石片薄而扁平。圖像定量分析中心負(fù)責(zé)這個(gè)標(biāo)本的蒂姆·瑞安解釋說(shuō):“CT掃描儀特別不擅長(zhǎng)掃描扁平和狹長(zhǎng)的東西,它們比較喜歡圓柱體的東西。這對(duì)掃描儀和我們的智力來(lái)說(shuō)都是一種考驗(yàn),但愿我們能從這個(gè)標(biāo)本上得到正確的數(shù)據(jù)?!比鸢舶涯菈K巖石片放到一根塑料管里,然后在它周?chē)顫M泡沫,做成一個(gè)圓柱體。在計(jì)算機(jī)上,瑞安可以刪除塑料管和泡沫,只留下骨化石的圖像。
他和弗雷澤看到了一個(gè)大約25厘米長(zhǎng)的生物。這是一個(gè)長(zhǎng)頸、有四條腿并長(zhǎng)著一對(duì)翅膀的爬行動(dòng)物。弗雷澤他們將這個(gè)新物種命名為Mecistotrachelos apeoros。希臘語(yǔ)意為“長(zhǎng)頸的高空滑翔者”。一個(gè)新物種完全依靠微型CT掃描的標(biāo)本圖像來(lái)命名,這恐怕還是第一次。這些標(biāo)本狹窄尖銳的骨骼只有約2厘米長(zhǎng),頸部5厘米長(zhǎng),與今天頸部較短的蜥蜴相比,這個(gè)比例顯然很不尋常。更令人吃驚的是它奇異的肋骨。在標(biāo)本中,沿上脊椎排列著的肋骨像一柄半張的雨傘的傘骨。最靠近動(dòng)物頭部?jī)蓚?cè)的第一肋骨,看上去還算正常,但接下來(lái)的八根肋骨卻特別長(zhǎng),有的甚至長(zhǎng)約7厘米,相當(dāng)于從臀部到踝部長(zhǎng)度的兩倍。這些骨骼的形狀和排列表明它的肋骨向兩側(cè)伸展,以支撐作為翅膀的折疊狀皮膚。聯(lián)結(jié)第二和第三肋骨頂端的特殊肌肉,負(fù)責(zé)操縱翅膀的角度和彎曲度。這些特征表明,這一物種可以在空中自由自在地飛翔。
雖然發(fā)現(xiàn)這些化石的地方是這個(gè)湖最深的部分,但弗雷澤斷定這種動(dòng)物不會(huì)游泳。他說(shuō):“它的骨骼中并沒(méi)有適應(yīng)水生的特征。這個(gè)標(biāo)本很可能是被大風(fēng)吹落到湖上,然后沉到湖底的淤泥里被保存下來(lái)的。”
“會(huì)飛的”蜥蜴
這個(gè)新物種的迷人之處在于它完全不像任何別的生物。它靠細(xì)長(zhǎng)肋骨支撐的膜翼滑翔,這些肋骨可以向兩側(cè)展開(kāi)。這些肋骨是直的,在距離脊椎較遠(yuǎn)的位置,這樣它就可以用肌肉帶動(dòng)兩側(cè)第一根肋骨上下移動(dòng),從而改變弧度。
另一個(gè)令人費(fèi)解的問(wèn)題是,像Mecistotrachelos apeoros這樣的肋骨滑翔者,在它滑翔的時(shí)候是怎樣呼吸的?或者說(shuō)究竟能不能呼吸?因?yàn)槔吖潜仨毐3稚煺共拍芴峁┫蛏系母×?,但這樣的話,這些肋骨就無(wú)法做大的運(yùn)動(dòng)把空氣泵人泵出肺部。弗雷澤猜想它很可能在飛行中是屏住呼吸的。他說(shuō),雖然這個(gè)物種太原始,無(wú)法看做就是蜥蜴,但有一點(diǎn)是很重要的:今天的大多數(shù)蜥蜴在運(yùn)動(dòng)時(shí)是不呼吸的!但弗雷澤承認(rèn):“我還不肯定,以這種動(dòng)物如此狹窄的胸腔,當(dāng)它們滑行時(shí)是怎樣呼吸的?!?/p>
有關(guān)這種動(dòng)物的生物學(xué)和滑行肋骨的力學(xué)基本問(wèn)題,至今還是一個(gè)謎;在地球上億年的生命的歲月里,我最終相信進(jìn)化論比人類最有靈感的想象還更有創(chuàng)見(jiàn)。很多的巖石記錄一再地揭示奇怪的生物和它們對(duì)難以想
象的生態(tài)壓力的超強(qiáng)適應(yīng)能力?,F(xiàn)在,本身就是進(jìn)化產(chǎn)物的人類已經(jīng)建造了一部機(jī)器,它可以揭開(kāi)時(shí)間和石頭的面紗,給我們展示一個(gè)個(gè)奇妙的生物,讓它們重見(jiàn)天日。
古生物生存在地球歷史的地質(zhì)年代中、而現(xiàn)已大部分滅絕的生物。包括古植物(蘆木、鱗木等)、古無(wú)脊椎動(dòng)物(貨幣蟲(chóng)、三葉蟲(chóng)、菊石等)、古脊椎動(dòng)物(恐龍、始祖鳥(niǎo)、猛犸等)。古生物死后,除極少數(shù)(如凍土中的猛犸,琥珀中的昆蟲(chóng))由于特殊條件,仍保存原有的組織結(jié)構(gòu)外。絕大多數(shù)經(jīng)過(guò)鈣化、碳化、硅化或其他礦化的填充和交替石化作用,形成僅具原來(lái)硬體部分的形狀、結(jié)構(gòu)、印模等的化石。
化石經(jīng)過(guò)自然界的作用。保存于地層中的古生物遺體、遺物和它們的生活遺跡。大多數(shù)是莖、葉、貝殼、骨骼等堅(jiān)硬部分,經(jīng)過(guò)礦物質(zhì)的填充和交替作用,形成僅保持原來(lái)形狀、結(jié)構(gòu)以至印模的鈣化、碳化、硅化、礦化的生物遺體、遺物或印模。也有少數(shù)是未經(jīng)改變的完整遺體,如凍土中的猛犸、琥珀中的昆蟲(chóng)等?;枪派飳W(xué)的主要研究對(duì)象。
自從古生物學(xué)出現(xiàn)后,人類就認(rèn)識(shí)到曾有過(guò)大規(guī)模的生物滅絕現(xiàn)象。多細(xì)胞生物在6億年的歷史進(jìn)程中,共經(jīng)歷了5次主要的大規(guī)模滅絕事件。在所有大滅絕事件中,規(guī)模最大的一次發(fā)生在二疊紀(jì)末,最引人注目的是白堊紀(jì)末恐龍的滅絕。
所有經(jīng)過(guò)研究的生物,都要給予科學(xué)的名稱。即學(xué)名。按國(guó)際命名法規(guī),生物各級(jí)分類等級(jí)的學(xué)名,改用拉丁字或拉丁化文字。屬和屬級(jí)以上的名稱采用單名,即用一個(gè)拉丁詞命名。第一個(gè)字母大寫(xiě)。種的名稱采用雙名法,即由種的本名和其從屬的屬名組成。屬名在前,種的本名在后,種、亞種及變種本名第一個(gè)字母小寫(xiě)。屬和屬以下名稱,在印刷和書(shū)寫(xiě)時(shí),需用斜體字,屬以上名稱用正體字。為了便于查閱,在各級(jí)名稱之后,用正體字注以命名者的姓氏(應(yīng)為拉丁字母拼綴)和命名時(shí)的公歷年號(hào),兩者間以逗號(hào)分隔。若命名者不止一人,用拉丁連結(jié)詞ec(和)連接之。