互动科普

2013年3月，周忠和院士的研究团队在《自然》(Nature）杂志发表了一篇论文，报道了早期鸟类演化过程中一侧卵巢“丢失”的研究成果。就这一发现的意义，周院士向本刊记者闫凯做了介绍，并由此引出了古生物学中若干有趣的话题。

从恐龙到鸟类的演化

科学世界：请介绍一下您在早期鸟类演化研究中的最新发现吧！

周忠和：我们在3件一亿多年前的鸟类化石标本中，在卵巢的位置发现了体内的“鸟蛋”，少则5个，多则10多个。这是世界上第一次在鸟化石中发现还在卵巢中的卵泡。通俗地讲，就是还在鸟的体内，处于成熟过程中的、还没形成壳的蛋。根据这个发现，我们的研究团队在3月18日的《自然》（Nature）杂志在线发表了一篇论文，题目为《鸟类卵泡的保存揭示了鸟类繁殖行为的演化》。

科学世界：卵泡不是软组织吗？怎么会形成化石？

周忠和：软组织的确很不容易形成化石，但是有可能在适当的地质环境中，保存它的印痕甚至某些结构和化学特征。比如肌肉和皮肤等软组织，就都可以保留印痕化石。我们可以从印痕化石的形状、大小和器官的位置，来判断并得出这个结论。其中，位置是最重要的。卵泡的印痕化石位于鸟的腹部，靠近脊柱。有一些学者怀疑，这个圆形的物体会不会是植物的种子？我们认为，如果是植物种子的话，应该具有特定的形状和表面纹理，而且在体内的分布情况也会不一样。在排除了多种可能以后，我们认为这个结论是可以成立的。

科学世界：我们看到，很多化石会被压成一个平面，如何区分这些卵泡印痕化石到底位于鸟体内的左边还是右边呢？

周忠和：在这3件鸟化石中，有两件是从背部压下的，可以清楚地区分身体的左右部分。另外一件化石则稍微难判断一些，它稍稍侧身，但也不完全是从侧面压下去的，我们可以根据身体的其他部分判断出卵泡在体内的相对位置。

科学世界：这个发现对研究“从恐龙到鸟类的进化”有什么意义？

周忠和：这个意义在于，我们找到了从恐龙到鸟类的演化过程中，生殖器官和行为特征演化的罕见的化石证据。

现代鸟类的生殖系统只存在于身体的一侧，即只有1个卵巢、1条输卵管。而爬行动物（例如鳄鱼）的生殖系统位于身体两侧，即有2个卵巢、2条输卵管。有证据推测，恐龙和爬行动物一样是从两侧排卵的，也就是说可能有2个卵巢，2条输卵管。在整窝的恐龙蛋中，人们发现它们的排列方式一般是两个两个地挨在一起，这说明恐龙可能是从身体两侧排卵的。前几年，在中国广东发现的一件窃蛋龙的化石，在它的腰带^※部位保存了2个带壳的蛋化石，是左右一边一个。这是一个相对直接的、能证明恐龙的生殖系统与爬行动物（如鳄鱼）相似的证据。

通过分析这些化石，我们可以找到鸟类的演化特征。我们对3件鸟类化石的卵泡大小等做了统计分析，其中1只最原始的热河鸟和爬行动物的特征更像，另外2只鸟与现代鸟更接近。我们发现，这3件鸟类化石标本中的生殖系统都位于身体的左侧。经过与现代鸟类的解剖学特征对比，这个位置正是鸟的卵巢。这就说明，在距今1.2亿年前，早期鸟类可能已经只有1个有效的卵巢和1条输卵管。这个特征已经跟恐龙不同，而是跟现代的鸟类很像了。

科学世界：在从恐龙到鸟类的进化过程中，生殖系统为什么由两侧变成一侧了？

周忠和：我们通常认为这是为了减轻体重。体重变轻，就更容易飞起来。恐龙到鸟类的一个重要转变就是飞行能力。通过对带羽毛恐龙的研究，我们现在知道，最初出现的羽毛可能和飞行并没有关系，只是后来在一些较为进步的恐龙中，羽毛才有了空气动力学的作用，并最终成为了保障鸟类飞行的重要组成部分。

要知道，体重越大，飞行越难。我们现在使用的航天材料，要求既结实，又轻巧，对鸟类来说也一样。从恐龙到鸟类演化的过程中，减轻体重有很多办法：原来的牙齿不要了；多余的骨头可以变轻，或者干脆退化掉；原来很长的、数量比较多的尾椎，到了后期的鸟类中，就变短、变少了等等。

卵巢从两侧变成一侧，也是一个可以减轻体重的变化。这个时期，也正是鸟类的飞行能力不断加强的阶段。在鸟类早期的演化过程中，只剩下一边有卵巢的鸟类可以更好地飞行。飞行能力的获得，使鸟类拥有了更多的生存竞争的优势，譬如可以吃到更丰富的食物，并更有效地逃避其他动物的猎捕。

生物的进化，说到底，还是为了解决生存问题。我们古人说的“食、色，性也”，归根到底就是吃的问题，也就是生存；然后就是繁衍后代。这两点，也是我们理解生物进化时，需要把握的最本质的特征。

科学世界：这个发现对于研究鸟类进化本身，又有什么意义呢？

周忠和：一旦从鸟类化石中认出卵巢，就可以直接判断它是雌鸟的化石。判断出性别以后，就可以讨论雌鸟和雄鸟之间的差异。过去我们很难从化石中直接判断鸟的性别。譬如，以前我们从孔子鸟化石中发现很多长尾羽印痕，推测那只鸟可能是雄性的。这种判断只是基于对现代鸟类特征的对比，并不是直接证据。

科学世界：据说鸟类是从“蜥臀目”恐龙而非“鸟臀目”恐龙进化过来的，为什么？

周忠和：当初命名为“鸟臀目”恐龙，是因为它们的腰带和鸟类的“比较像”，但是身体其他部分跟鸟类的差别更大。所谓“腰带部位像”，也只是表面上像而已。事实上，现在我们知道的一些恐龙的腰带和鸟类的腰带才是真正的相像。我们判别不同生物之间的亲缘关系远近，是基于更多的特征来推定的。过去，曾经有人提出过“鸟臀目恐龙和鸟类关系更近”的观点，但现在已经没有人再这么认为了。总体来说，形态相似度越高，亲缘关系越近。

科学世界：提起鸟类的进化，人们最喜欢讨论“先有鸡还是先有蛋”的问题。您从专业角度怎么看？

周忠和：物种产生的过程很漫长，远远超越了我们平时生活的体验。这个问题更像是一个哲学问题，总是纠缠不清。

要讨论这个问题，我们首先要把概念搞清楚。如果只是就这个问题来回答，很容易，当然是先有蛋，这里我说的是其他动物（如龟、恐龙）的蛋，因为这些动物比鸟类（包括鸡）出现得更早。如果你要问的是“先有鸡还是先有鸡蛋”，那也要看你是如何定义“鸡蛋”的。如果把鸡蛋定义为“鸡下的蛋”，那么下蛋的肯定是“鸡”了；如果不这样定义，答案就可能不一样。

从生物进化的角度讲，一定要涉及生物学中“物种”的概念。要进化出一个新的物种，以目前学术界最常用的标准，就是这个物种要有与其他种类的生殖隔离。因此，如果已经有生殖隔离的话，就说明物种之间的遗传物质的差异已经比较大了。这时，生物的外部特征可能也存在一些相应的变化。

我们换一个定义方式，如果这个蛋不一定是“鸡下的蛋”，而是“变成鸡”的物种下的蛋。这肯定是鸡的“最早祖先”的遗传物质发生了变化。由于鸡（这一物种）的遗传密码已经存在于蛋中了，从蛋孵化成鸡的过程是没有这个遗传物质变化的。所以，从进化生物学的角度看，那就是“先有蛋，然后有鸡”。因此，概念的界定是很重要的，否则这样的讨论便没有了意义。

从鳄鱼到现生鸟类的演化

（本文发表于《科学世界》2013年第6期）