徐星：霸王龙和你的大拇指是一回事吗？
20:06 Share

大家下午好非常高兴也非常荣幸来到我们格之轮道组织的这个科普专场我今天跟大家分享的报告题目是霸王龙和你的大拇指是一回事情吗我们每个人都可以今天看看自己的大拇指是长得什么样子的也可以想一想这个小小的大拇指对我们意味着什么

我们如果从一个演化的观点来看实际上大拇指对我们人类这个物种来说是极其极其重要的 700 万年前我们人类这个知系和黑猩猩分道扬镳之后我们开始了自己的历程最早出现的一个重要特征就是我们都知道我们是双足直立行走的那么这个双足直立行走解放了我们的双手

让我们很多的事情成为可能我们有个灵巧的手我们的大拇指对我们人类物种的发展起了非常非常重要的作用包括在这个幻灯片上大家看见我的手拿着大拇指和食指一起在写字那么我们人类和其他的物种区别开来的一个非常重要的特点就是我们建立的知识体系而这个知识体系的建立完全让我们这个物种

成为一个非常非常独特的物种也是我们能够征服地球的一个很重要的因素大拇指这么重要实际上你要从演化的角度来看它跟其他的我们很近的情人关系很近的其他物种的大拇指你看差别不大甚至整个的手部形态差别也并不大

你可以看见它跟我们最相近的一些物种这个大拇指仅仅就是长了那么一点点的就是这么小小的一个我们叫演化上的一个形状的变化或者形态的变化就导致了一个巨大的未来地球产生的一个巨大变化我们知道我们今天要讲的呢是我们人类的大拇指和我们熟悉的一种恐龙比如说霸王龙

大拇指是不是一回事情这个问题好像看起来非常非常的无聊也特别特别的细小但是它真实这样一个无聊和非常细小的一个问题的研究呢实际上涉及到了一个非常重要的生物学概念也就是同源这个概念那么为什么我们这么说呢

我们问的问题是霸王龙和人类的大牧者是不是一回事情这是一个语言的表达大家知道说到语言的时候我们不得不提一个人的名字前几个月的时候有一个很流行的歌曲叫《罗查海市》可能在歌曲的最后一段提到了这个人的名字叫做维特克斯坦

由于这首歌我想很多的中国的公众知道有这么一个有意思的人而且知道他对语言做了一个很深入的分析那么它的最核心的贡献是什么呢就是我们生活当中的语言我们科学的语言还有我们整个的语言对我们人类社会意味着什么

对于科学家来说我们也是这样的我们刚才讲霸王龙和人类的大拇指是不是一回事这是一个俗语或者是一个通俗的语言那么在科学背后对应的词是什么呢我们叫科学术语有一个科学术语叫做同源

这个同源的概念对于研究生物学的人来说呢大家如果熟悉生物的话一定知道是非常非常重要的一个概念由于时间的关系呢我没法展开来讲那么我们就讲一下我们今天有关系的关于霸王龙和人类大拇指是不是一回事或者说霸王龙的大拇指和人类的大拇指是不是同源的这样的一个故事那么我们

可以看自己的手有几根手指一二三四五很简单大家可能不知道的是其实动物当中我们要更准确地说四无动物当中有五个手指的有四个手指的三个手指的还有甚至一个手指的手指的数量是不一样的这个五个手指实际上是个原始的状态是个典型的状态

而且我们可以看见我们每个手指它有特定的形状它的位置当然是固定的大拇指总是在最里边的位置我们这个小拇指是在最外边的位置这些不同的手指我们给它起了名字每个名字的后面它其实对应着一些生物学的一些信息比如说我们知道大拇指它总是在第一个位置上大拇指有它特定的形状如果从发育或者说遗传的角度

我们大拇指的形成它受一套独特的基因的控制我们叫一套独特的基因网络的控制那么所有的这些标准让我们可以判定什么是大拇指什么是食指什么是中指那么这个就是一个科学的我们叫判定大拇指同源的一些标准这个就是揭示了一个科学实际上一个

很重要的一个特征就是所有的科学的阐述是一定能够有一个可测量的一些指标或者说可验证的一些指标来评定的那么这是讲了一些枯燥的一些背景知识那么我们就来讲一些稍微有意思的事情

我刚才讲了我们这个大拇指是很容易判定的从它的位置 从它的形状如果你有办法再获取它的基因信息的话一般来说我们都讲一个生物结构它是三位一体的比如说我们的脑袋它总是长在这个位置上它不会长到你的腰上也不会长到你的脚上这是位置然后它的脑袋有特定的形状我们的脑袋上不会长出两个手指来我们一定有眼睛 有鼻子 有嘴巴

那么整个的脑袋它的位置 它的形状是受到一套独特的基因网络的控制这是一个同源的概念那么是不是所有的生物结构都是这么的简单呢或者是这么的明确可以定义可以追寻呢

我们来讲一个恐龙里面的故事这个图大家可以看见是个著名的恐龙叫做禽龙它是世界上最早命名的恐龙之一当时发现这个化石的时候大家看见这个图上有一个尖锐的像一个锥子一样的一个结构

由于当时化石不完整所以当时的科学家认为这个像锥子一样的生物结构很可能就像现在的比如说我们熟悉的牛角或者说其他的一些捕捕动物头上长的角一样所以今天如果你去英国伦敦去看最早的禽龙的复原雕像的话

这个秦龙的大拇指它被放在这个秦龙的脑袋上了当然后来完整的画室发现以后原来你可以发现原来这个秦龙的手是这样的刚才认为的秦龙头上的那个脚实际上就是一个他的大拇指只不过长得特别特别奇怪的一个大拇指这样的一个判断我们怎么样得出来的呢是一具完整的画室而且这个完整的画室你可以从图上看起来它像我们人一样有五个手指头

一二三四五这个大拇指像锥子一样的结构它虽然长得跟我们人的大拇指不一样但是它的位置是一样的就是说它长在最里面的这个位置所以它就通过这个位置信息告诉你了擎龙的这个锥子状的结构是一个大拇指而不是其他的手指头

这是容易的一个情形为什么容易呢因为青龙长了五个手指头我刚才讲了一般我们熟悉的动物都是长了五个手指头不管它长得锥子状还是长得什么奇形怪状的其他的形状它只要长在最里边而且它是五个当中的第一个那我们就把它叫大拇指

但是我们知道在生物界当中刚才我也提到有很多的生物它是少于五个手指的比如说我这个图里面有两种生物一种是今天我们故事里的主角霸王龙的手严格地讲它有三个手指但是能看见的明显只有两个手指

旁边的另外一个呢长得更怪的呢大家猜一猜这是什么动物的手部如果熟悉鸟类的话就知道它是鸟翅膀最前面的这一段也就是鸟的手部鸟的手部跟其他动物的手指来比的话它形状是完全不一样的

尽管如此我们可以看见这个鸟的手指头它有三根实际上有三个手指头所以像霸王龙这样两个手指头鸟这样三个手指头我们来判断它到底是相当于我们人类的手指头当中哪两个或者哪三个那么这时候就会比较困难了尽管困难我们知道所有的科学研究或者说科学家他总有办法去解决这个问题

我们知道最著名的手指退化得很极端的就是我们熟悉的马我们今天到这个大草原上有人喜欢骑马知道马奔跑得非常快其中有一个原因就是它的脚趾退化成只有一个叫做蹄子那么

非常有助于它奔跑那么我们如果看马的化石记录的话你就会知道它的祖先也是五个手指然后变成四个手指然后变成三个手指然后最后变成一个手指而且从这个马的胚胎发育你也可以看出来

在马的胚胎发育早期你也可以看刚才讲的这个过程从 5 到 4 到 3 到 2 到 1 而且呢你通过胚胎发育还有通过这个马的化石记录你也知道它先退化的手从五个手指最后变成一个手指它最先退化的总是这个大拇指然后呢退化小拇指

这个不光是在马当中存在而且是在很多很多的其他的四足动物也存在一样的现象我们把它叫做一个保守的毛氏法则或者说叫做两侧退化的一个法则这是一个非常保守的退化机制广泛地存在于很多很多其他动物当中其实如果我们看今天的鸟类

鸟类的胚胎发育过程它告诉我们一样的故事你可以看见比如说这个图上展现的是鸟类的胚胎发育的五个手指特别小的一个一已经几乎看不见了然后另外一个第五手指也非常非常小了到它成年了以后这个第五指和第一指就没有变成我们能够看见的手指

成年的鸟一般只有三个手指头就是这样的图展现的所以这个鸟的胚胎发育也告诉我们鸟类高度变形的三个手指是来自中间的三个手指所以我们如果用同源的概念来讲就是它有手指二三四我们现在来做一个简单的逻辑的推理我们都知道恐龙变成了鸟类这是一个完善的或者说广为承认的一个科学理论

恐龙变成了鸟我们刚才讲了通过胚胎发育我们知道鸟类高度变形的三个手指是二三四手指二三四也就是食指 中指和无名指它的祖先 鸟类的祖先也有三个手指像这个图上大家可以看见有一种叫恐爪龙

它的手指上就有三个手指头如果它有中间的三个手指头那么它的祖先孔爪龙或者说有三个手指的四鸟的恐龙自然而然也应该又是中间的三个手指头这是个简单的逻辑推理那么我们知道霸王龙是属于这个

三指恐龙这个大家族当中的一个成员如果你仔细看这个霸王龙的手指头的话你可以看见它的形状和这个三指恐龙的里边两个手指头是对应的所以这么一个简单的推论呢就是说既然三指恐龙是二三四三个手指头那么霸王龙的两个手指头那么一定就是这个二三这两个手指头这是一个非常非常简单的一个很清晰的一个逻辑推论

那么是不是这么简单的故事呢不是这样的这个科学研究你会发现常常会发现出现矛盾的信息或者说你难以理解的现象那么对我们研究恐龙化石的人都知道当你看了大量的恐龙化石的时候呢

这个恐龙画师告诉你是不一样的一个故事为什么不一样的一个故事呢我们都知道很多的恐龙是五个手指头的比如说像这个图上显示的一个叫一尺龙的恐龙就有五个手指头但是你也可以看见它的五个手指头的外侧的两个手指头也就是我们相当于人类的小拇指和无名指是高度退化的然后我们变成四个手指的恐龙变成三个手指的恐龙然后变成了两个手指的八郎龙

这样的一个过程在这个图上是一目了然的而且你可以对比三个手指的恐龙和五个手指的恐龙看它们长的样子到底是什么样子的

那么你会看见三个手指的恐龙它的三个手指头跟五个手指头的恐龙当中的里侧的三个手指长得几乎是一模一样的比如说大拇指总是有两个指节食指总是有三个指节中指总是有四个指节所以你要数这个指节数也是符合的还有其他很多的一些细微的特征那么如果有这样一个形态上的特征有大量的化学数据尤其是你看见有些恐龙外部的手指已经高度退化了

那么你就自然而然可以得出一个结论恐龙在它演化历史当中应该退化的是小拇指 食指剩下的是一二三这三个手指头那么故事讲到这儿我们做个小的总结就是说鸟类胚胎它的数据会告诉你

这个三指的恐龙祖先拥有的手指应该是二三四但是恐龙化石本身它的数据告诉你三指的恐龙它拥有的三指应该是一二三这样的话就出现了一个明显的数据的矛盾就是说胚胎学的数据和化石的数据打架了那么这个就成为了我们一个经典的刚才讲了一个同源问题的一个悖论

那么遇到这种问题的时候那么科学家是怎么解决的或者更具体说古生物学家或者生物学家是怎么样处理这项问题的呢实际上你看科学研究的历史呢它很有意思就是不同时期的科学家对待同样的现象或者同样的矛盾同样的数据它的出发点 它的观点会不一样那么我们就来看看刚才讲的这个胚胎和化石数据打架了那么我们怎么样处理在过去的一段时间呢

有一些科学家他们认为恐龙不可能演化成鸟类所以当他们看见胚胎数据和化石数据打架的时候他们很开心因为他们认为这个证据可以否定恐龙变成了鸟类这样一个科学的假说当了

这个不是我们今天要探讨的重点我们今天要探讨的重点实际上这个数据并不能支持这些科学家这样深沉的一种结论原因非常复杂不是我今天能够解释的但是我要讲的是另外一个问题其实同样这个化石数据拿我们现在的大多数科学家来说我们并不关心或者说我们并不认为它跟恐龙是不是鸟类的祖先相关而是跟另外一个更好的科学问题相关什么科学问题呢

为什么古生物学的数据和培台学的数据或者发育学的数据会产生不同的同源判断产生矛盾这是一个真正的更好的一个科学问题我们如果熟悉科学都知道有个科学哲学家叫做库恩他写了一个很有名的一本书关于科学革命关于科学是怎么发展的他就讲了在不同时期的科学家他有不同的研究问题不同的研究方法不同的研究理念所以对我们来说呢

鸟类手指同源问题的时候呢你看 30 年前和现在我们对这个问题的着眼点就不一样当然了为了解决这个问题有很多很多的科学家做了很多很多的努力我就简单讲一下我们在这里做了一点小小的有意思的工作当然作为古生物学家来说可能如果想解决这样的问题最好的办法肯定就是去野外去找化石这里我给大家放了一些我们经典的找化石的一些

一些场面大家看见这个野外是非常非常漂亮的这也是为什么我喜欢古生物学或者我选择古生物作为我专业的一个原因而且它有很多很多的深度旅游的这种乐趣这是我们在野外筑帐篷做烧烤当然不叫烧烤了就是做野炊当然了更多的是一些挑战有沙尘暴 有洪水还有一些高温的考验当然里面有很多很多有意思的故事有时间关系我就不讲了

我们在这里确实发现了很多的化石其中包括这个叫墨金油我的同事他发现了一块化石发掘的过程也非常复杂或者说非常地困难你们可以看见我们花了很多的时间去想了各种各样的办法去采集这个化石应该说皇天不负有心人或者说我们的努力得到了一定的回报

经过大量努力以后我们确实发现了非常非常漂亮很重要的化石这些化石当中呢就包含这么一块小化石这个化石跟我刚才讲的鸟类手指同源的这个矛盾问题是相关的

简单地说这个小恐龙的发现告诉我们恐龙当中确实大量的数据告诉你恐龙它在退化收拾过程当中是从后边或者说从外侧退化收拾的小拇指或者食指开始这么一个方向退化但是有些恐龙最起码我们找到这种恐龙你会发现它的大拇指是高度退化的这个是在我们熟悉的恐龙世界当中是一个非常非常特例

第二个呢实际上由于这个化石的发现让我们又重新去看我刚才讲的我们古生物学家在判断大拇指 食指 中指我们再去回头再看这些形态学证据是不是我们过去想象的那么简单

一目了然我们后来发现形态学证据其实也比我们过去传统上认知的更加复杂简单地说呢你要光看这个指节呢它确实告诉你这个三指的恐龙呢是相当于内侧的一二三手指但是你要看它的手掌你会发现有些手掌呢表明三指的恐龙它实际上有可能它的手指是中间的三个手指就是二三四这样的一个细节

这样的发现让我们做了非常兴奋然后我们做了很多的工作然后做了很多的分析然后我们就觉得传统的解释或者说为什么有那样的矛盾我们提出了一些自己的看法当然由于时间关系我就不讲我们的看法了我要讲的是科学的进步确实是有各种各样的

人的推动在我们工作之后有很多的科学家从其他角度来解决这个问题比如说前几年也有一组科学家发育学家他们发现原来鸟类的这个我们原来认为鸟类的手指是从中间三个手指头发育出来的你要如果看它转基因组的数据的话它更有意思

它转移基因组的数据告诉你现在鸟类的三个手指相当于是 134 而不是刚才讲的未知信息的 234 那么让这个问题就更加复杂了那么我们把长的一个故事把它缩短成简短的这么一个图表

我们刚才讲了有传统的这种认知数据有我们新采集到的化石的数据也有现在这个转金族的数据还有其他一些数据你把它放在一起你会发现如果用这些数据来判断霸王龙的

大拇指和你的大拇指到底是不是一样的那么你会得出三个不同的结论有的结论告诉你是一回事情有的结论告诉你可能是一回事情另外一些结论告诉你压根就不是一回事情那么为什么会有这样的现象呢实际上又回到最早我们要讲什么是同源我们早期对同源的定义是不是合适的我们用于判定同源的这些标准

是不是合适的那么如果标准打架了我们能不能把它协调一致当然了实际上你要熟悉科学熟悉生物学你会发现很多的基本的科学概念像我们知道的熟悉的物种的概念甚至我们在座的可能更熟悉的一个基因的概念还有我像物理学 化学当中也有类似的一些概念都存在这样的问题就是在随着科学研究的进步

那么我们对这个概念有的时候是越清晰了有的时候是越糊涂了不管是清晰还是糊涂我们最终的目的是我们要把这个概念要精准地定义好这样的话才能推动最终我们科学的进步这是我今天跟大家的分享谢谢大家