古生物复原——不是光有想象力就可以
- 2019-04-03 12:09:41
- 来源：中科院地质地球所
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近日，小编刷知乎的时候刷到一个高中生的脑洞，他在想《山海经》中的妖怪是不是古人对于骨骼化石的复原后编造的。无独有偶，日本漫画家村田雄介也曾画过一系列“未来人类根据骨骼想象动物们的长相”的漫画。
未来，“正经严肃脸”的抹香鲸或许被复原成了圆头圆肚呆萌无双的样子。
未来，“圆滚敦实可爱脸”的河马可能被复原成凶神恶煞的巨兽。
为什么科学家会根据沧龙骨骼把它画成后者？
为什么霸王龙不可以长成下面这样？（多可爱啊，好想摸爪爪，萌就是正义呀！）
敲黑板！！！事实上，科学家的古生物复原图绝不只是依靠想象力的，他们运用了古生物研究中的非常重要的定律——器官相关律，即生物体是一个整体，各个组成部分的结构和相关机能是紧密联系在一起的，一部分发生变化时，其他部分也会相应变化。
1.3亿年前具有犁状尾综骨和奇特后肢羽毛的
多齿胫羽鸟
哺乳动物的骨骼、牙齿、蹄、角都能为我们提供它不同方面画像的信息，包括食性、体型形态、栖息环境等。我们也能从完整的化石保存、古老的洞穴岩画、生存环境、个体发育过程等情况判断生物的体色。
我国东北平原的猛犸象-披毛犀动物群成员化石
猛犸象“柳巴”的冰冻尸体
古生物学家还能通过蛇化石中的磷酸钙中保存的真皮色素细胞（黄色素团、虹膜色素团和黑色素团）与现存爬行动物色素细胞的数量和位置比较，得到其真正的颜色。
中新世彩颌蛇化石
复原的彩颌蛇体色
现在，就让我们欣赏一下不同古生物化石的复原图吧！
先从皱囊虫看起，它代表了已知最古老、最原始的后口动物，或代表基础动物与后口动物之间的珍惜过渡类群，它揭示了两侧对称动物体型在寒武纪逐渐增大的演化规律，对在前寒武纪地层中探寻其他动物们类的史祖具有重要启示。
皱囊虫化石及复原图
再来看一下五亿年前的三叶虫类化石中的一种——舟形球接子三叶虫（Agnostus pisiformis），由于化石保存极为完好，科学家得以详细地了解它们的解剖学特征。
真实的舟形球接子三叶虫化石
舟形球接子三叶虫复原模型
接下来是显生宙海洋生态系统中最早的顶级捕食者，也是“寒武纪大爆发”最具代表性的明星动物之一：奇虾（anomalocaridids）。奇虾体长最大可达2米，是一类体型巨大、身体造型奇特的化石节肢动物，具有大而精细的复眼、特化的捕食前附肢、口锥和游泳桨状肢，表现出对捕食行为的高度适应。
奇虾化石
左：侠义奇虾复原图，右：赫德虾类奇虾复原图
而在奥陶纪压轴的主角是头足纲的软体动物，它们力克群雄登上了食物链的顶峰。巨大的房角石（Cameroceras）了，是这个星球上最早的超级巨兽，通过碎片推测房角石的极限体长应该在6米到9米左右。这群挥舞着触手的装甲海怪游曳在各个深度，轻松碾压包括霸王等称虫和板足鲎在内的任何其它动物。
房角石化石
房角石复原图
接下来请欣赏艺术家对于头足纲中已经灭绝菊石亚纲的重建图。
美国自然历史博物馆展出的古代菊石化石
艺术家对星菊石（Asteroceras）的重建
多种菊石（from Ernst Haeckel's, 1904, Kunstformen der Natur）
寒武纪出现，石炭纪灭绝的笔石是一类从共通茎管系统连续规则出芽的海生群体动物，多为浮游生活，部分固着于海底。笔石化石一般大小为几厘米，通常保存于黑色页岩中，在砂岩、灰岩中偶有保存。一代笔石巨擘穆恩之先生全面推动了我国笔石的系统性研究工作 ，并在国际笔石研究工作中夺得一席之地。
笔石化石
复原的笔石生殖过程（虚线为推测内容）
棘皮动物海百合始见于早寒武世，是一种古老的无脊椎动物。它们生长于海里，具多条腕，身体呈花状，表面覆盖有骨片，就像一朵朵长在海里的百合花，所以得到了“海百合”这样一个富有诗意的名字。
海百合化石
海百合复原图
近年来，古生物学家开始用新技术武装自己，他们开始利用来自X射线断层扫描技术（CT）的3D数据进行研究并且复原了生活于3.6亿年前已灭绝的著名四足动物化石鱼石螈（Ichthyostega）。鱼石螈是已知最早的四足鱼类，它们可能利用前脚来拖曳自己前行。鱼石螈的软体形态的重建为人们提供了早期祖先从水生向陆生过渡的新图景。
鱼石螈复原图
（a, 前外侧的视图 b,背视图c,侧面图 d,腹侧视图）
鱼石螈复原图
鱼龙（ichthyosaur）是一类表面上看起来与鲨鱼和海豚很像的海生爬行动物，它们长度可从不到1米变化到长达20米。它们直接在海洋中生育后代，可快速潜到很深的地方，它们拥有大眼珠及“热血”习性。在恐龙时代，鱼龙占据着海洋生态系统的主导地位，在许多生境中都有它们的踪迹。
鱼龙头骨化石
鱼龙颚骨化石
鱼龙复原图
霸王龙，即雷克斯暴龙（Tyrannosaurus Rex），属暴龙科中体型最大的一种。它体长约11.5-14.7米，平均体重约9吨。存于距今约6850万年到6500万年的白垩纪最末期。由R-J Palmer领导的团队根据解剖学特性绘制出了可能是最接近真实的霸王龙。“小短手”是有的，却不是村田雄介脑洞大开的“肥啾麻雀”的形象。
霸王龙（R-J Palmer绘制）
霸王龙（R-J Palmer绘制）
超过200枚3D翼龙蛋、胚胎和骨骼三位一体保存的重要化石标本研究（16枚三维立体的胚胎化石，是世界上首次发现3D翼龙胚胎）使得哈密翼龙成为“所有翼龙中被了解最为透彻的一个类型”。突发性的湖泊风暴事件导致翼龙集群死亡并快速埋藏才得以保存的珍贵标本，揭示了哈密翼龙具有相对早熟的胚胎发育模式。
哈密翼龙生态复原图（赵闯绘）
中生代除了恐龙种族繁盛外，裸子植物的数量和分布也达到了发育的顶峰。植物的繁衍和分化离不开昆虫的传粉。让我们一起欣赏远古时代传粉昆虫丽蛉虫的复原图。
琥珀中的丽蛉
中生代丽蛉生态复原图
古生物复原依赖的不仅仅是想象力，还有雄厚的知识基础和坚实的科技支持，古生物学家们和古生物复原绘图师用他们的知识和才情让我们领略到更加接近于真实的远古时代里生命走过的历程。
参考文献
1中国科学院南京地质古生物研究所. http://www.nigpas.cas.cn/
2中国科学院古脊椎与古人类研究所. http://www.ivpp.cas.cn/
3 Pierce S.E., Clack J.A., Hutchinson J.R.. Three-dimensional limb joint mobility in the early tetrapod Ichthyostega. Nature, 2012, 486(7404):337-337.
4Mcnamara M.E., Orr P.J., Kearns S.L., et al. Reconstructing Carotenoid-Based and Structural Coloration in Fossil Skin. Current Biology, 2016, 26(8):1075-1082.
5 Eriksson M.E., Horn E. Agnostus pisiformis — A half a billion-year old pea-shaped enigma. Earth-Science Reviews, 2017, 173.
6 宁静海的菊石君. 2017. 形形色色的古生物复原图，是怎么画出来的？果壳网：https://www.guokr.com/article/442195/
https://www.rj-palmer.com/
（地一眼编辑：杨为先）
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