探索原始生命奧妙，揭秘熱河生物群隱藏的生命演化密碼

　　周忠和，中國科學院院士，進化生物學及古鳥類學家，曾任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所所長，長期從事中生代鳥類與熱河生物群的研究，提出了熱河生物群是若干生物進化搖籃的假說，找到了一系列支持鳥類恐龍起源學說和鳥類飛行樹棲起源假說的新證據，發現并命名了若干中生代鳥類化石，通過深入研究早期鳥類的系統演化，豐富了人們對早期鳥類的認識。他是我國最早從事遼寧早期鳥類化石研究的學者之一，有關成果多次入選美國《發現》雜志年度百項科學新聞、《時代周刊》年度世界十大科技發現、中國基礎科學研究十大成果、中國十大科技進展新聞。

　　從1923年開始，在我國遼寧省西部，一個巨大的化石寶庫——“熱河生物群”震驚世人。這里發現了最古老的開花植物，被譽為“中華第一朵花”；這里還發現了“世界第一枚鳥類胚胎”；這里的化石還告訴我們，我們耳朵里負責傳導聲音的兩塊重要的小骨頭，最早竟然是咀嚼器官的一部分……

　　熱河生物群處于距今1億多年的白堊紀早期，分為熱河動物群和熱河植物群兩部分，這里的化石遺存幾乎囊括了中生代向新生代過渡的所有生物門類，反映了地球中生代生物更替的關鍵過程，也是新生代生態體系的搖籃。今年是熱河生物群發現與研究100周年，跨越1個世紀的光陰，科學家通過熱河生物群出土的一塊塊來自遠古的生物化石，揭開了一個又一個物種進化的秘密。與研究人類歷史和文化的考古學不同，古生物學研究的是更為久遠的動物與植物演化歷史，揭開了地球生物進化的秘密，使我們更好地理解，在人類出現之前，大自然生物資源的積累過程與物種多樣性的形成原因。雖然已經過去了100年，但是，對熱河生物群的研究依然是當今全球古生物學界的熱點與前沿。

　　那么，熱河生物群最早是如何被發現的？它為我們揭開了哪些生命起源與演化的秘密？

熱河生物群——一個化石寶庫

　　什么是熱河生物群？它是大概1億多年前生活在中國大地上的一個古老生物群。因為這個生物群保存了許多非常精美的化石，為研究地球歷史上許多類群的起源演化提供了一些非常重要的信息，所以我們把它稱之為一個化石寶庫。

　　理解現代陸地生態系統的窗口。在熱河生物群時期，陸地生態系統和今天的生態系統之間還是存在很大差別的。熱河生物群，是理解現代陸地生態系統雛形出現的一個重要窗口。為什么這么說？熱河生物群發現的動物里面，很多和現代我們看到的動物大的類群都是一樣的，比如說真骨魚類、哺乳類、兩棲類、爬行類，還有昆蟲、裸子植物、被子植物，熱河生物群都有很好的代表。

　　熱河生物群的每一塊化石都有一個故事，每一塊化石都有它特殊的科學意義。熱河生物群橫空出世之后，就不斷產生重要發現，給研究地球的生命演化帶來全新的認識。熱河生物群發現與研究100年以來，其化石研究碩果累累，衍生出的科學問題令世人矚目。這樣一個世界級化石寶庫是如何被發現的？

　　這是一個由魚類化石所引發的故事。據說康熙皇帝在他的一本書里面記述了在遼寧西部發現魚類化石，并且讓人把它制作成一種觀硯；而乾隆皇帝據說也是在他的巡游之中經常會遇見魚的化石，而且還寫了一首詩：“是地昔必潦水滋，水退魚存僵淤泥。歲久土變石理宜，試看易剖片片披。”實際上魚類化石在遼寧西部地區，老百姓應當很早就見識了，因為魚類化石非常常見。我去過一些地區，比如有些小山包，它的名字就叫魚石梁，那顯然就說明老百姓很早就知道這上面出現了很多魚化石。

　　1920年經蔡元培和丁文江邀請，一位叫葛利普的科學家到北京大學擔任教授，他培養了中國第一代的地質學家，據說有20多位院士出自他的門下。葛利普確立了“熱河動物群”的概念，但實際上同一套地層里面，除了動物化石還有植物化石。1962年，中國科學院南京地質古生物研究所的古生物學家顧知微院士，在熱河動物群的基礎之上又命名了“熱河生物群”，熱河生物群包括了熱河動物群和熱河植物群。

　　熱河生物群發現與研究100年來，在其多個化石產地，接連不斷地發現了成千上萬件中生代珍貴鳥類化石，一次次刷新了人類對鳥類演化歷史的理解與認識。熱河生物群發現的鳥類是中生代鳥類非常特殊的一個群體，代表了恐龍向鳥類演化過程中的過渡類型，對研究鳥類起源與演化具有重要意義。雖然中生代鳥類化石在全球范圍內多個地點都有分布，但它們在數量、物種多樣性和保存狀況等方面，都遠遠遜色于我國的熱河生物群。熱河生物群豐富多彩的鳥類化石里面，究竟隱藏著哪些生物演化的驚人奧秘？

　　早期的鳥類，我國熱河生物群基本上占據了世界的大半壁江山，而不是半壁江山，從1.35億到1.2億年前這段有關早期鳥類的研究，絕大部分的信息來自于熱河生物群。以遼寧地區為主的熱河生物群在過去幾十年發現了成千上萬的鳥類化石，這在全世界都是絕無僅有的。目前據初步統計，熱河生物群發現的鳥類化石至少有50多種，這些鳥類化石個體的大小不一樣，生活的習性也不一樣，可以說代表了始祖鳥出現以來鳥類歷史上第一個大發展、大繁榮的階段。

中國是名副其實的恐龍大國

　　恐龍是地球演化史上最龐大的一類陸生爬行動物，出現于2.2億年前的三疊紀，繁盛于侏羅紀和白堊紀，6550萬年前滅絕。它距離我們如此遙遠，如果不借助化石，我們將永遠不知恐龍為何物。恐龍化石的形成是一個復雜而漫長的過程，與地球億萬年的風霜雪雨、地動山搖息息相關。近100年來，隨著這些遠古動物化石不斷被發現和挖掘，它們在古生物化石研究體系中已自成一體。迄今為止，世界上已經發現的恐龍化石多達上千種，大多數都在中國，而熱河生物群更是我國境內發現恐龍化石種類最多的區域，其中包括非常罕見的一些種類，這些恐龍化石有哪些奇特之處？其中又隱藏著怎樣的進化秘密？

　　我國的恐龍化石到目前為止，命名種類已經是世界第一，我國20多個省都有恐龍化石發現，遼寧是所有省份里發現恐龍化石數量最多的，遼寧的恐龍化石種類為什么這么多？其中很重要的原因來自于最近30年熱河生物群發現了很多個體大小不一樣的恐龍化石，這些恐龍化石保存非常完整，而且很多恐龍化石還保存了一些軟組織，包括像羽毛、皮膚等等，這在其他地方是非常罕見的。

豐富多彩的遠古生物大世界

　　除了鳥類和恐龍，熱河生物群發現與研究100年來，還出土了大量魚類、兩棲類動物和昆蟲化石。而且，作為生物化石寶庫，熱河生物群除了豐富多彩的動物化石，自然也少不了大量珍貴的植物化石。這些化石寶庫里的明珠又為研究地球動物的起源、演化，還有地質環境的變更，提供了寶貴的線索。

　　熱河生物群發現很多兩棲類動物化石，比如青蛙、蠑螈化石，還有各種各樣的蜥蜴化石以及龜鱉類化石。在熱河生物群里面還發現了一些鱘魚類化石。熱河生物群有很多無脊椎動物化石，學術界或者公眾關注最多的是昆蟲化石。熱河生物群迄今大概發現了幾百種不同類群的昆蟲化石，像大家比較熟悉的蜻蜓、蟬、甲蟲、跳蚤、蚊子，還有蜂類的化石在熱河生物群也保存得非常好。

　　熱河動物群之所以被發展為熱河生物群，就因為它不僅僅有動物還有植物化石。熱河生物群發現的植物化石和現代植物群差別還是比較大的，因為熱河生物群以裸子植物為主，現代這里則主要是被子植物。裸子植物只有根、莖、葉和種子，但被子植物卻擁有花和果實。之前普遍認為，中生代是裸子植物的時代，新生代之后才出現被子植物，被子植物的出現開啟了開花植物的時代，熱河生物群處在白堊紀，是中生代晚期，卻在這里發現了許多特別的裸子植物和被子植物。在熱河生物群發現的早期被子植物，是現代陸地生態系統里面很重要的組成部分。任何生物群都是一個窗口，這個窗口幫助我們了解到現代陸地生態系統在那個時期已經出現端倪，再經過1億年的演化，慢慢才形成了現代陸地生態系統。

中國化石為生命史書增添新篇章

　　熱河生物群屬于中生代，這是一個充滿生氣、承前啟后的階段。中生代侏羅紀—白堊紀早期，世界大多數地方還是海洋，而亞洲東部地區已抬升為陸地，因北半球氣候濕潤，形成了陸地生物的大爆發，使我國遼西地區的生物物種空前繁榮。那時遼西地區的環境可以說是地球生物的天堂，記載地球歷史的銀杏樹和現在的國家一級保護動物中華鱘，在那個時代就已經存在。那么，這片區域后來究竟發生了什么，導致大量生物突然集體死亡，并被迅速埋藏？這些化石又是如何形成并被保存下來，使我們今天能夠有幸穿越時空，欣賞到遠古時期生機勃勃的生命景觀？

　　熱河生物群對研究地球生命的演化非常重要。為什么這些生物都生活在那樣一種特定的時期，生活在那樣特定的地區？它們為什么能夠保存這么好，變成一種化石寶庫？

　　熱河生物群為什么那么繁盛？熱河生物群生活在一種溫暖潮濕的環境里面，那個時期淡水湖泊星羅棋布而且森林茂盛。但是也有一些研究發現，或者有一些證據表明，熱河生物群生活的有些時段實際上還是比較寒冷的，比如說恐龍的一些羽毛可能就是為了適應寒冷的氣候，是不是這樣？我覺得還需要更多的一些研究證據，來把這些問題進一步厘清。

　　熱河生物群為什么保存這么精美？其實和火山活動有很密切的關聯。火山噴發之后，形成了碎屑流，這種碎屑流導致了某種生物可以瞬間死亡，并且被埋藏下來。大多數情況下，我們發現的化石都保存在和火山灰共存的正常沉積里面，一些比較常見的化石比如魚類、貝殼類的一些化石，因為本身生活在水里面，很容易被掩埋下來、保存完整。像鳥類、翼龍這些飛行類動物，還有一些恐龍，它們可能在陸地上生活，為什么會到了湖泊里面？為什么能夠被那么完整保存，甚至軟組織都很好地保存下來呢？這實際上是一個很好的埋藏學的問題，嚴格意義上至今還沒有一個很好的結論。

　　熱河生物群只是中國眾多化石寶庫的一個代表。中國的古生物學有很多重要的資源和研究成果。《科學》雜志在2001年曾經發表了一個專題，關于Paleontology in China，專題的名稱就是“精美的中國化石，為生命史書增添了新的篇章”。這顯示了中國古生物學研究過去幾十年在國際學術界的影響力。

　　生命與環境的互動實際上貫穿了地球生命30多億年的演化歷史，古生物學為人類認識宜居地球以及生物多樣性的演變，理解未來人類與自然的相互協同演化關系，提供了很多重要的歷史借鑒和思考。