追溯恐龍的顏色

人們看到的恐龍顏色是科學(xué)家推測出來的，有沒有方法可以復(fù)原一億多年前恐龍的真實顏色？

古生物專家根據(jù)恐龍化石的結(jié)構(gòu)，科學(xué)地復(fù)原了它的身軀。但對它的皮膚或羽毛顏色，則是借鑒現(xiàn)生動物的習(xí)性和顏色推斷出來的。這就存在很多不確定性，也沒有堅實的科學(xué)依據(jù)。（圖1）

恐龍是不是現(xiàn)今人們描繪的褐色或綠色？如果不是，那會是什么顏色呢？

2009年3月由北京自然博物館和國外大學(xué)多位科學(xué)家組成的研究團隊，針對恐龍身上的毛色，進行了全面而翔實的研究。這也是科研人員首次聯(lián)合對恐龍顏色進行分析。他們希望能從冰冷的化石上找到一些線索，從而重新勾畫出真實的恐龍色彩。

孟慶金（北京自然博物館館長）：現(xiàn)在有關(guān)恐龍的皮膚或者羽毛的顏色，都是科學(xué)家、藝術(shù)家的估計，沒有太多科學(xué)依據(jù)。我們想，能否用科學(xué)的方法探索到它的原本顏色？

恐龍作為中生代地球的統(tǒng)治者，主宰地球l.6億年后滅絕了蹤跡。但古生物學(xué)家通過對恐龍化石的研究，推測出不少恐龍的形態(tài)及習(xí)性。

恐龍就像現(xiàn)生動物一樣：有大的，有小的；有的以兩條腿走路，有的以四條腿走路；有的吃植物，有的吃動物。但恐龍的皮膚或者羽毛究竟是什么顏色，一直是個未解之謎。

圖1 劍龍在湖邊喝水休憩模擬圖

圖2 蜥臀類恐龍

圖3 鳥臀類恐龍

從已找到的恐龍骨骼化石來看，無論是皮膚印痕、羽毛化石還是恐龍“木乃伊”，顯示的顏色都是暗色，根本無法知曉其本來顏色。

孟慶金：查閱了所有文獻，對恐龍羽毛研究還沒有成果出來。

李全國（北京自然博物館副研究員）：從我做博士論文時起，我的導(dǎo)師就有研究恐龍顏色的想法，直到2009年夏正式實施。

當(dāng)古生物專家萌發(fā)尋找恐龍真實顏色的想法后，便開始尋找和此有關(guān)的所有線索。

科學(xué)家依據(jù)恐龍“腰帶結(jié)構(gòu)”的差異，把它們分成兩大類，一類叫作蜥臀類，一類叫作鳥臀類。古生物專家從已經(jīng)發(fā)掘的鳥臀類化石中，發(fā)現(xiàn)其中一部分恐龍進化成了現(xiàn)在的鳥類。（圖2）（圖3）

孟慶金：現(xiàn)在有一個基本認識，鳥類是恐龍的后代。于是就想到一個辦法，能不能和現(xiàn)生鳥類羽毛的顏色去做對比？小型獸腳類恐龍，是鳥類起源和演化的非常重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)生鳥類羽毛五彩斑斕，恐龍長有羽毛，會是什么顏色？既然鳥類和恐龍有著密切關(guān)系，是否可以尋找其中的聯(lián)系呢？

北京自然博物館的古生物專家在查閱大量資料后，發(fā)現(xiàn)了可以把現(xiàn)代鳥類和恐龍化石聯(lián)系起來的線索，那就是黑素體。

為了揭開恐龍真實的顏色，科學(xué)家要在化石中發(fā)現(xiàn)能夠揭露顏色秘密的關(guān)鍵因素——黑素體。

李全國：什么樣的黑素體就會產(chǎn)生什么樣的顏色。

耶魯大學(xué)地理和地球物理系的科學(xué)家，在研究古代魷魚的墨囊時發(fā)現(xiàn)，在化石中有細微顆粒狀的黑素體。

黑素體直徑從不到一個μ到接近兩個μ，是頭發(fā)絲的千分之一到千分之二。它是一種包含黑色素在內(nèi)的孔式細胞器官，是一種在單層膜內(nèi)含有褐色和黑色的微小囊狀構(gòu)造，它的形狀大小和長短決定了其中的顏色。（圖4）

換句話說，我們看到的是一種顏色，而科學(xué)家研究的是顏色對應(yīng)的形狀。

李全國：這種研究以前在國內(nèi)沒人做過。

既然國外專家可以通過化石中的黑素體，了解到其原來的真實顏色。那是否可以借鑒其研究經(jīng)驗，用在恐龍化石上。從而，幫助科學(xué)家重新勾畫出恐龍的真實色彩呢？

李全國：國外學(xué)者在研究現(xiàn)代鳥類羽毛顏色是怎么產(chǎn)生的。這方面，他們有很好的經(jīng)驗，合作研究可能更快、更好地把成果做出來 。

為了科學(xué)、真實地弄清恐龍羽毛的顏色，2009年3月，由北京自然博物館、北京大學(xué)和美國耶魯大學(xué)、德克薩斯大學(xué)等中外科學(xué)家組成研究團隊，共同開始恐龍顏色復(fù)原研究，在恐龍、現(xiàn)代鳥類、古鳥類等領(lǐng)域充分發(fā)揮各自學(xué)科優(yōu)勢。科學(xué)家首先討論選取哪一種恐龍化石標本作為研究對象。

李全國：最后確定為赫氏近鳥。從結(jié)構(gòu)上看，它口腔里長有牙齒，爪子比較尖銳，是一種肉食性小恐龍。鳥類口腔里已沒有牙齒，但鳥類長有羽毛，赫氏近鳥龍身上也長有羽毛，這些特征能間接證明恐龍和鳥有較近的親緣關(guān)系。

2006年，古脊椎動物研究所的恐龍專家徐星，在遼西得到一件帶羽毛的侏羅紀時代的鳥類恐龍——赫氏近鳥龍。徐星對這塊化石做了翔實的研究和記載，發(fā)現(xiàn)它比已知的 “始祖鳥”早500萬至1000萬年。

經(jīng)鑒定它是和現(xiàn)在鳥類親緣關(guān)系最近的一種小型獸腳類恐龍，后被命名為“赫氏近鳥龍”。

它的出現(xiàn)，正式成為恐龍身上帶有羽毛的有力證據(jù)，而恐龍羽毛的出現(xiàn)也成為揭開恐龍顏色的開端。

李全國：保存黑素體最多的就是羽毛、毛發(fā)，所以最容易從羽毛、毛發(fā)里找到黑素體。

赫氏近鳥龍是處于恐龍向鳥類衍變中間的一種動物，選擇它可以更準確地提升復(fù)原顏色的準確率。在確定了研究恐龍的種類后，科學(xué)家開始尋找此類恐龍的化石。

李全國：以前發(fā)現(xiàn)的帶羽毛的恐龍標本，為保存羽毛印痕，都涂了膠保護結(jié)構(gòu)，但把黑素體也蓋上了，在掃描電鏡下看不到黑素體的形狀。

恐龍化石形成的幾率可以說是千萬分之一，如果恐龍的尸體長期暴露在外而不被泥沙快速掩蓋，就會被其它動物吞食或被細菌腐蝕。只有那些死后被迅速掩埋起來的恐龍才有可能形成化石。要做赫氏近鳥龍顏色的復(fù)原圖，首先就要找到一個非常完整的赫氏近鳥龍化石標本，而且這塊化石不能涂任何膠類。

也就是要求化石第一要非常完整，第二要保持原始自然狀態(tài)。

圖4 掃描電鏡下的黑素體

圖5 完整原始狀態(tài)的赫氏近鳥龍化石標本

李全國：2008年遼寧送來一塊化石標本，羽毛印痕非常完整，結(jié)構(gòu)非常清楚。適合做黑素體的研究，只要羽毛印痕保存了，基本上都能提取出黑素體來。

這塊赫氏近鳥龍化石距今約1.6億年，是從成百件此類化石中挑選出來的。它出土后沒有經(jīng)過任何的人工處理。

可以清楚地看到，化石表面沒有被風(fēng)化，更沒有涂任何膠類，完全處于一種原始自然狀態(tài)。從形態(tài)上看，它完整地保存了赫氏近鳥龍的全貌，可以看到清晰的羽毛印痕，特別是在前肢、后肢和尾部分布的奇特飛羽。而且，其趾爪以外的趾骨上都有羽毛覆蓋。（圖5）

很快，專家便對這塊化石進行了研究。

李全國：事先已做好準備工作，比如建立了現(xiàn)生鳥類羽毛系列數(shù)據(jù)庫，不同顏色羽毛有不同黑素體結(jié)構(gòu)。把基礎(chǔ)工作做好后，再做化石的結(jié)構(gòu)分析。

首先從化石里找出黑素體，分析形狀，測量密度。然后再從數(shù)據(jù)庫找出鳥類各種顏色羽毛黑素體，通過參數(shù)比較，進行判別式分析。如果吻合比較多就是顏色一致。比如說，從現(xiàn)代鳥類黑色羽毛找出的黑素體是長軸黑素體，如果也能從化石里找到，那就可以說赫氏近鳥龍羽毛顏色跟現(xiàn)在鳥類羽毛的黑色是類似的。

在掃描電鏡和透射電鏡下，看到研究人員從赫氏近鳥龍化石上所提取的樣本呈現(xiàn)出各類不規(guī)則的形狀。（圖6）

測量一直在繼續(xù)，專家目不轉(zhuǎn)睛地盯著屏幕上的數(shù)據(jù)，然而就在大家滿懷希望的時候，意外出現(xiàn)了。

李全國：第一次做竟沒有黑素體，很納悶，沒有保存住？

在成百件化石中篩選出的標本上，卻沒有發(fā)現(xiàn)要尋找的黑素體，這究竟是怎么回事？

李全國：后來隨著更多樣品的掃描，明白了原來那塊化石是白色的。其實黑素體本身已不存在，但它會留下一個窩，像蜂窩狀的一種結(jié)構(gòu)。這樣就可以測出它的形狀、大小、密度等數(shù)據(jù)，主要靠形態(tài)特征而不靠化學(xué)成分。（圖7）

現(xiàn)在一種鳥類身上有若干種顏色，比如：虎皮鸚鵡，它頭上的顏色多為紅黃色，而它身上則多為綠色。那該如何提取化石中的樣品，才能科學(xué)地復(fù)原赫氏近鳥龍或許多樣的色彩呢？

李全國：為了恢復(fù)恐龍整個身體的顏色，必須從各個部位取樣，頭部、背部、腹部、四肢，這樣才能完整反映出恐龍羽毛的顏色。從現(xiàn)代鳥類形態(tài)看，它的不同部位有可能是不同顏色，復(fù)原恐龍顏色也應(yīng)該從多個部位取樣。

為了復(fù)原這只恐龍的顏色，中美科學(xué)家在赫氏近鳥龍全身的羽毛化石中取了29個樣品，通過掃描電鏡和透射電鏡的分析，經(jīng)過半年多研究，它的整體顏色描繪了出來。

李全國：統(tǒng)計出來的結(jié)果整體是灰色或黑色。

圖6 研究人員用鋼針在化石上提取測試物

圖7 標本的蜂窩狀結(jié)構(gòu)讓科學(xué)家取得重要數(shù)據(jù)

圖8 中美科學(xué)家復(fù)原的真實恐龍圖像

當(dāng)科學(xué)家確定了赫氏近鳥龍的兩種主要顏色——黑色和灰色后，我們可以了解到，一種是“恐龍絨毛”，生長在頭部、頸部，有點像豪豬的剛毛；另一種是飛羽，每個前肢上長有若干根羽干，羽干上生有細毛。小腿和腳部也生長著相當(dāng)數(shù)量的羽毛，腿和腳部羽毛互相覆蓋。而后從它的頭頂和翅膀提取了黑素體。

李全國：反映出來的顏色是頭頂有一撮紅色，翅膀上有一些白色。

最終，科學(xué)家確定了赫氏近鳥龍全身羽毛的顏色。

李全國：根據(jù)對骨骼結(jié)構(gòu)、尺寸的測量，恢復(fù)了它整個形態(tài)。這只赫氏近鳥龍外形大小像一只孔雀。與孔雀不同的是腿上長有很長的羽毛 ，包括前肢、爪子。嘴里有牙齒，頭部還是恐龍的結(jié)構(gòu)。但身上的羽毛已像現(xiàn)在的鳥類，說明它和鳥類有很近的親緣關(guān)系。但從專業(yè)講，它和另外一類恐龍共同組成一個鳥類的姊妹群。

中美科學(xué)家通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，復(fù)原出了真實恐龍圖像：她長有4個翅膀，大小像孔雀，嘴巴像啄木鳥，臉部有斑點，頭部褐色，羽冠紅褐色，四翼條紋狀的羽毛黑白相間。（圖8）（圖9）

孟慶金：第一次恢復(fù)了一個恐龍全身的羽毛顏色。結(jié)論：現(xiàn)在可以排除原來恐龍都是沒有鮮艷色彩的想象，那個時候的恐龍已經(jīng)有了非常艷麗的羽毛出現(xiàn)。

在眾多有關(guān)恐龍的資料里，看到恐龍大多身色單一，沒有絢麗而豐富的色彩。而這次對恐龍顏色的復(fù)原讓人們對恐龍有了重新的認識。

孟慶金：那個時代的恐龍羽毛有它本身的結(jié)構(gòu)，結(jié)合羽毛的演化來分析，當(dāng)時的羽毛還不具有飛翔的能力。研究團隊估計這些羽毛應(yīng)該是為了展示，比如說吸引配偶，阻嚇要捕食它的動物等。

為恐龍復(fù)原羽毛顏色，實際上是科學(xué)家為了找到更明確的鳥類是從恐龍進化而來的證據(jù)。通過對恐龍化石樣本色彩的詳細分析，更直觀地了解了恐龍羽毛的作用，并比對出這種羽毛與現(xiàn)代鳥類羽毛之間的區(qū)別，以及研究出羽毛演變的過程。這也為研究恐龍向鳥類演變起到了重要的推動作用。（圖10——1圖10——2）

對于恐龍的各類研究，科學(xué)家一直沒有停止。人們通過現(xiàn)代技術(shù)復(fù)原了恐龍的體型，根據(jù)化石里存在的黑素體找出了揭露顏色的密碼，而這一切，只是對恐龍研究的冰山一角。還有更多的謎團等待科學(xué)家去破解。

圖9 赫氏近鳥龍在遠古叢林中模擬圖

圖10-1

圖10-2

圖10-1，10-2中美科學(xué)家在實驗室進行研究