封面照片里的这张脸,没有面容。
这是 Achelousaurus horneri(霍纳氏河神龙)的一部分头骨,属于生活在蒙大拿晚白垩世的一种角龙。吻部和眼眶上方原本向外伸出的角芯,在这里变成了低钝、粗糙的隆突。化石将这些骨面保存得极为精细,却没有留下曾与骨面接触的组织,也没有留下组织在活体上的轮廓和颜色。[3][6]
复原灭绝动物时,缺失正是问题的中心。皮肤、肌肉、血管、腺体和气囊通常都会消失,可一副缺少这些组织的骨架还称不上动物。凭直觉将它们补回去,只会遮住证据的空白。古生物学需要一套方法,分辨哪些缺失构造得到有力支持,哪些需要假定一次演化改变,哪些虽有合理依据却尚未经过检验。
现生类群系统发育框架(extant phylogenetic bracket,EPB)约束着这种判断。解剖学家 Lawrence Witmer 对这套方法作出了最完整的发展:研究者考察灭绝类群两侧亲缘最近的现生类群,并寻找软组织在其骨骼上留下的物理痕迹。对非鸟恐龙而言,两位主要见证者是鸟类和鳄类,它们是主龙类中从两侧框定非鸟恐龙的现存支系。[1] 两者都不是披着恐龙外形的替身;放在一起,它们构成一组受约束的比较。
图片说明:封面是落基山脉博物馆所藏 Achelousaurus horneri 正模标本 MOR 485 的真实照片,并非生活复原图。[6] 这些粗糙隆突很适合作为本文入口,因为解释尖角龙亚科面部组织的研究曾直接考察这一解剖部位。[3] 裁切让骨面靠近读者,却不会补出已经消失的皮肤。
骨骼记得接触
动物活着时,骨是活组织。肌肉牵拉骨骼,肌腱锚定其上,血管越过骨面并进入骨内,角质鞘和其他皮肤构造贴着骨面生长。这些关系会在骨上留下嵴、凹坑、沟槽、管道、变化过的表面纹理或微观纤维。
当现生动物的观察结果证实某种软组织与某处骨痕之间存在因果联系,这种骨骼特征便成为骨学对应特征(osteological correlate)。[1] 这个区分很重要。一道沟槽看上去略像管道,本身不足以将它解释为“血管”;解剖观察若反复发现血管占据同类沟槽,解释才有了依据。化石上的痕迹与活体中的对应关系,由此组成一对可以检验的证据。
复原因此从接触面开始,外轮廓要留到之后。Witmer 的方法要求研究者先在现生近亲中辨认软组织,记录它是否具有稳定的骨骼对应特征,再到化石上寻找同一特征。[1] 这种方法无法逆转腐烂,却能让每一步推理接受查验。
许多局部检验合在一起,便能逐步扩展成大范围复原。Alejandro Otero 研究蜥脚形亚目动物的前肢时,综合了现生鸟类与鳄类的解剖和形态资料,在化石骨骼上标出附着证据,并逐一评估各处肌肉。[2] 得到的成果并非一个笼统称为“手臂”的猜测,而是一份由独立主张组成的清单,每一项都有各自的解剖依据。
框架的两侧,决定一项推断要付出多少代价
如果鸟类和鳄类都具有某种组织及其骨骼对应特征,最简洁的解释是它们共同的主龙类祖先已经具有这一关系。在非鸟恐龙化石上发现预期痕迹后,相应复原便得到格外有力的支持。若要否定它,就得主张这一关联沿恐龙支系消失,尽管化石证据仍然存在。[1]
只有一侧现生类群支持这种关系时,推断的力度会减弱,但仍可提出。研究者需要假定它在系统树的某处出现或消失。若两侧都没有同源构造,灭绝动物依然可以演化出新构造,只是框架本身无法支持这一主张。Witmer 划分的等级,标出了逐级升高的推断代价。[1] 这些等级并非百分比,也没有把生物学变成交通信号灯;它们的价值,在于显露额外假设从何处进入。
这套层级还能避免两类常见错误。第一类,是把外形最相近的现生动物整套复制过来。鳄类的颌肌之所以有参考价值,在于同源关系和相符的骨骼接触;恐龙隆突表面恰好粗糙,并不会自动让犀牛角成为参照。第二类,是把不确定性当作失败。只要如实标明等级,再用更广泛的证据检验,较低等级的推断同样可以成为富有成果的假说。
隆突之上,框架沉默之处
Achelousaurus 的隆突显露了一个很有启发性的限界。角龙科的角芯与隆突,在现生鸟类和鳄类中都没有直接同源物,因此 Hieronymus 等人将相关软组织复原列为 Level III 推断。[3] 框架在这里标出了证据缺口,却不能替它填空。
研究人员随即扩大比较范围,同时清楚区分类比与祖源关系。他们取样了代表 84 个现生羊膜动物分类单元的 96 件标本,把已知皮肤构造与其下方骨面逐一配对。[3] 犀牛、麝牛、牛科动物、鸟类和爬行动物成为实验参照,研究者借此观察不同鳞片、鞘、垫状组织和角会怎样改变头骨。有条件时,他们还结合表面形态与组织学资料,区分外观相近、实质有别的排列。
比较结果不支持在每个粗糙隆突上都竖起一支犀牛式长角。成年 Achelousaurus 隆突上的凹点、沟槽和骨质“鳍片”,与厚实角化表皮垫的附着形态更加接近。这些特征的朝向甚至显示了覆盖物横过骨面生长的方向。论文作者认为,这种垫状组织由更早期尖角龙亚科的角质鞘演化转变而来。[3]
这是一项受证据约束的复原,并非一幅重新找回的肖像。“厚实的角化垫”已经说明了组织类型和附着方式,却给不出垫状组织精确的外轮廓、磨损样式或颜色。骨骼是见证者,不是模具。
直接保存的组织也会作答
少数情况下,保存条件极佳的化石会留下那些缺失组织本身。这类标本不会让比较推断失去作用;它们能够检验推断。
角龙类 Psittacosaurus(鹦鹉嘴龙)是一个格外有用的例子。标本 SMF R 4970 的颊角腹面保存着多边形鳞片,旁边还有一片移位的深色软组织,Bell 等人将其解释为原先覆盖颊角背面的角质层。他们认为,这层覆盖物更接近指甲,而不是包裹完整的角质鞘。尤其重要的是,它的分布与下方骨面纹理的差异相符:较光滑、多孔的腹侧表面不符合厚角质覆盖层的附着条件。[5]
因此,这种特殊保存细化了软组织的分界,所得信息也超出了“那里有角蛋白”这一点。它还提醒我们,不能把完全相同的排列移植到另一种角龙身上。Psittacosaurus 与 Achelousaurus 分属不同动物。前者保存下来的皮肤是校准骨面与覆盖物对应关系的参照点,无法凭借保存更好的化石,向所有角龙提供同一张面孔。
骨架沉默,不等于生前缺失
阳性证据有其限度,阴性证据的限制更加严苛。一种组织即便存在,也未必留下清楚且保存至今的痕迹。
Petermann 和 Sander 以现生兔、短吻鳄和火鸡的股骨检验了这个问题。他们先解剖并标出真实的肌肉附着位置,再在薄切片中寻找沙氏纤维、血管走向和毛糙骨缘等微观指标。最终,组织学检查只检出了约 60 percent 的已标记附着点。一些看上去与附着有关的特征,也出现在标记范围以外。[4]
即使能够破坏性切取现代骨骼,又有解剖图作为参照,结果中仍会出现假阴性和疑似假阳性。化石所能提供的条件更少:可观察的表面有限,获准切取的部位极少,还经历了埋藏、破碎、清修和骨改建。仅凭骨面光滑,无法证明那里从未附着肌肉或其他组织。
这里的证据关系并不对称。在预期位置发现经过充分验证的对应特征,可以支持一项具体复原;没有找到对应特征时,数种解释仍会同时存在。严谨的骨骼解剖研究追求的并非尽量多地补上血肉,而是将“存在的证据”和单纯“证据的缺席”分开。
行为处在推断链更远的一端
软组织解剖本身已经是一层推断,行为通常还要再接上一串环节:先推断肌肉存在,复原其大小和走向,估算力臂,判断某种动作能否完成,最后才把动作能力对应到具体行为。
Achelousaurus 的隆突也隔着同样的距离。与娇嫩的裸露皮肤相比,角化垫在力学上更适合承受反复接触,但它没有保存一次撞击、推挤、求偶、物种识别或任何单独事件。Hieronymus 等人曾检验现生参照中构造与行为的关联,同时强调,类比的适用范围止于现生系统中已经证实的关系。[3]
由此才能看见这套框架更深一层的长处。它不会把每一种灭绝动物都收束成谨慎的灰色模糊影像;证据强的细节仍能保持其力度,却不能替整幅生活场景背书。一只恐龙可以拥有证据充分的肌肉组合、经得起论证的面部覆盖物,而它的行为仍然保持开放。
鸟类和鳄类无法告诉我们,恐龙骨架的空隙里曾经容纳过什么。它们能显示,在系统树两侧延续至今的骨骼—组织关系有哪些。化石会保存这些关系所预示的结果,也会与其相抵触,或揭示没有现生见证者的新构造。罕见的皮肤保存还可回头核验推断。每一层证据都会改变下一层结论的可信程度。
当这些标签始终跟随各项主张,复原出来的动物才最鲜活。完整的动物并未原封不动藏在岩石里;骨骼记住的接触、活体展示的关系,以及证据依旧拒绝开口的部分,共同让它一项主张接一项主张地重现。
资料来源
- Lawrence M. Witmer,《The Extant Phylogenetic Bracket and the Importance of Reconstructing Soft Tissues in Fossils》(1995)——以系统发育关系约束软组织推断及其证据等级的奠基性论述。
- Alejandro Otero,《Forelimb musculature and osteological correlates in Sauropodomorpha (Dinosauria, Saurischia)》,PLOS ONE 13(2018)——逐块肌肉运用现生主龙类比较资料复原化石前肢。
- Tobin L. Hieronymus、Lawrence M. Witmer、Darren H. Tanke 与 Philip J. Currie,《The Facial Integument of Centrosaurine Ceratopsids: Morphological and Histological Correlates of Novel Skin Structures》,The Anatomical Record 292(2009)——支持 Achelousaurus 与 Pachyrhinosaurus 隆突上覆盖角化垫的比较证据。
- Holger Petermann 与 P. Martin Sander,《Histological evidence for muscle insertion in extant amniote femora: implications for muscle reconstruction in fossils》,Journal of Anatomy 222(2013)——以实验衡量肌肉附着复原中的假阴性和含混信号。
- Phil R. Bell 等,《The exquisitely preserved integument of Psittacosaurus and the scaly skin of ceratopsian dinosaurs》,Communications Biology 5(2022)——用直接保存的皮肤检验颊角与其覆盖物之间的关系。
- Wikimedia Commons,“File:Achelousaurus bosses side.jpg”——本文封面所用 James St. John 拍摄的正模头骨 MOR 485 照片之来源及授权页面。