第2章
化石之母

昨夜我陷入沉思：

发现未知之物的人究竟谁创？

它乱我心神。

——达尔文（1792—1896 年）《百年家书》

2004 年末，在政府部门任职 15 年后，我辞去了在西澳大利亚博物馆的古脊椎动物策展人一职，转而在我家乡的墨尔本博物馆（Melbourne Museum）担任科学主任。2005 年年中受澳大利亚研究理事会（Australian Research Council）资助，我们再次对戈戈地区进行了考察。考察很成功，带回了大量引人注目的新化石，并对其进行修整和研究。

我清楚地记得 2005 年 7 月 7 日的那一刻，我们发现了一块特别漂亮的小的鱼化石。当时万里无云，金伯利的炎炎烈日无情地照射着我们。我的老搭档哈彻（L. Hatcher）在离我约 160 英尺（50 米）远处，专心扫荡着地面。哈彻是巴瑟尔顿（Busselton） 当地人，对寻找化石一直满怀热情。在西澳大利亚多次野外化石采集中，他都是我的得力助手。下午三四点，哈彻用他自己的锤子砸开了一块岩石，突然发现有一小块白色的骨片在阳光下闪闪发亮。于是他叫我过去，我借助放大镜进行了观察。

“就是个盾皮鱼。”我轻描淡写地说。然后他就贴了标签，包上报纸，装进袋子里。那天晚上在篝火旁，我照例给那块骨片加上了日期、地点代码和编号。那块化石在我们看来平淡无奇。直到 2 年以后，它在古生物实验室里被修整时，才得到幸运女神的眷顾。当它从岩石中被修整出来以后，我们窥见了它非同寻常的奥秘。

2007 年 11 月，这块化石历经 3.75 多亿年头一次见到了阳光。哈彻发现的鱼化石，大部分是从岩石里修整出来的，就如同白色纸箱里散着一堆精致的小骨头。这块鱼化石的头部及内部结构保存完整。我意识到这是一件重要的标本，故而邀请了我的同事特里纳伊斯蒂奇（K. Trinajstic）博士从西澳大利亚大学（University of Western Australia）过来，和我一同对化石进行描述。我们迫不及待地轮流用双目显微镜观察这块奇特且保存精美的鱼化石。我们勾勒它的特征，用电子游标卡尺测量它骨片的大小，不断探寻发现它独有的特征。

它头骨独特的样式告诉我们，这条鱼是一个新的属种。“属”一词用于描述亲缘关系紧密的动物或植物类群。举个例子，狮、虎和美洲豹是非常相似的动物，所以它们都归于豹（ Panthera ）属，但它们代表着不同的种［狮是豹属狮种（ Panthera leo ），虎是豹属虎种（ P. tigris ），而美洲豹是豹属美洲豹种（ P. onca ）］。每个物种都拥有各自独特的形态特征、行为以及其基因和DNA中的遗传特征。像植物学和动物学那样，在古生物学里，发现一个新的种或属一般来说是一个有重大意义的时刻，因为这样我们就能为地球上已知的生物多样性再添一笔。而且只要你率先详细地描述了它，你就能赋予此新物种一个在科学文献中有效且亘古不变的名字。这难道不是件超酷的事情吗？

这块化石属于褶齿鱼类。这类小鱼有一副强健有力的嘴，由 4 个巨大但破碎的齿板组成。齿板上下各 2 个，就像一副巨大的钳子。我们推测，这类鱼大部分是以蛤蜊、塔螺或者其他有坚硬外壳的生物为食。我们的这块标本完整地保留了颅骨、上下颌骨和躯干骨骼，以及一个可见尾椎和鳍条的截面。在全球范围内比较完整的化石中，该类群里被描述过的鱼不过十几种。所以，我们的这块完整的化石，会提供大量该类群解剖学和演化位置的新信息。

我的化石技师皮克林（D. Pickering）对这块标本修整了一段时间后提醒我，它很特殊，它的许多骨骼保存完整。于是，我亲自着手修整它。由于我们有数百个标本需要修复，大卫总是忙于酸处理后的一批戈戈地区的鱼。我偶尔会拿出一个重要的标本，然后离开古生物实验室，在位于博物馆主楼我自己的小实验室里修复它。这也让我有机会在修整的每个阶段拍摄标本，以准确记录骨骼位置。

用醋酸处理化石，是一种很普遍的方法 ^［1］ 。你可能会经常在你的鱼和薯条上使用这种浓度为 4%的醋酸。伦敦自然历史博物馆的图姆斯（H. Toombs）在 20 世纪 50 年代发现，用醋酸或甲酸的稀溶液处理化石，可以将其与灰岩分离，因为骨骼的主要成分是羟基磷灰石，这是一种磷酸盐矿物，可以在弱酸中存在而不被溶解。酸会溶解碳酸岩，但不会伤害骨骼。在完整的骨架完全从岩石中分离出来之前，这种处理过程要反复进行，并持续 2 周。然后，可用一种以丙酮为主的可逆胶来粘接骨骼。这种胶可以被溶解，便于之后再把拼好的骨骼拆分开。这就像拼装飞机模型——一项给人满足的任务，因为那些骨骼最终会完美地连接在一起（即使是 3.8 亿年前的骨骼！）若岩石很容易被酸溶解，那么仅用酸处理，就可以轻松修复年代久远的化石。世界上像这样的化石产地不多，而戈戈就是其中之一。

2007 年 11 月某天的下午 3 点左右，我们完成了对这块化石大部分大骨头的测量，仅剩对尾巴的描述工作。这条尾巴仍嵌在一小块岩石里，其细小的脊椎碎片整齐地串在一起。毕竟对研究而言，这比一堆杂乱无章的细小碎骨便于研究。我承认，尾巴的研究通常是完成论文所必需的无聊部分。所以在此时此刻，我们已经着手考虑更加激动人心的问题了。

特里纳伊斯蒂奇在思考我们该如何命名这条鱼。我建议此名用于纪念太歇特（C. Teichert） ^［2］ 教授，这位著名的德国地质学家在 20 世纪 40 年代首次发现了戈戈地区的鱼化石点。 Teichertodus 意为“太歇特之牙”（Teichert’s tooth），暗指这条小鱼强有力的齿板。我们觉得这名字似乎挺合适，于是我们开始用这个临时名称，标记所有的照片及数据（在科研上，任何新的种名或者属名，都需要等到同行评议的文章正式发表之后才成为正式名称）。

与此同时，我在显微镜下盯着尾部区域，意识到自己无法准确计算所有椎骨的数量，也看不到与鳍有关的任何骨骼。但是这块标本有极大的研究前景，故我向特里纳伊斯蒂奇建议：再度冒险把这块标本用酸处理一次，就处理 1 小时左右，用浓度为 3%~ 5%的极弱的醋酸，主要为了再从标本上揭下一薄层岩石。于是，我把标本拿到了我办公室附近的动物学小实验室。把标本放到水槽旁边后，我开始配制稀醋酸，先量好所需的醋酸，然后将其与水混合，接着将其放到一个小的塑料冰激凌盒子里，随后将标本小心翼翼地浸入酸中。之后，为了防止反应产生气泡过快，而破坏任何一块脆弱的小骨头，我把前一天工作剩下的废酸倒入盒子里，用来减缓反应速率。反应变得非常轻柔，当酸进入岩石时，微小的气泡浮至水面。

时间一分一秒地流逝，我们开玩笑说，对这块化石的研究结果，可能会是个“惊天动地的发现”。这块标本是迄今发现的所有褶齿鱼中脑颅（神经颅）保存得最好的之一。我很看好这次研究，觉得我们最终将揭示有关盾皮鱼大脑与早期鲨鱼或早期硬骨鱼类大脑之关系。鲨鱼和硬骨鱼是鱼类中两大主要现生类群。这将会是一个令人兴奋不已的成果。

褶齿鱼作为一个在 3.55 亿年前就完全灭绝了的类群，它的起源及与其他鱼类类群的关系，至今仍是科学家们讨论的热点话题。现主要有 4 种假说 ^［3］ ：（1）盾皮鱼类与鲨鱼及其亲属［统称为软骨鱼类（英文是chondrichthyans或cartilaginous fishes）］有关联；（2）盾皮鱼类与硬骨鱼类（英文除bony fishes还可称作osteichthyans）有关联；（3）盾皮鱼的祖先是鲨鱼和硬骨鱼类的祖先；（4）是一种人为的分类，即部分盾皮鱼更接近鲨鱼，另一部分盾皮鱼则位于鲨鱼和硬骨鱼类演化分开前最后共同祖先的节点之前。最后这种观点意味着，这种被我们称为盾皮鱼类（一类真实存在的动物，就像鸟类或哺乳类一样）的动物，实际上并不是一个真正的自然类群 。所以我们在想：如果这个脑颅揭示了一些我们前所未闻的解剖学信息，那么这块标本会如何帮助我们解决盾皮鱼类的演化位置之谜呢？这些新的信息可以帮助解决：盾皮鱼是否跟鱼类现生类群的某一类更为接近。倘若如此，我们甚至可以在《自然》（ Nature ）或《科学》（ Science ）这种顶级科学期刊上发文章。

一小时过去后，我回到实验室从弱酸中取出化石。刚暴露的骨骼非常脆弱。为免于破坏任何刚暴露的新结构，在缓慢流动的水中清洗标本。之后，把标本拿回我办公室，把它放在显微镜底下观察。靠近和鱼身体连接的鱼尾前部，保存得非常完整。我迫不及待地想扫描它，看看最后一次酸处理后到底露出了什么新东西。大多数鱼类在身体前部有一对鱼鳍，称为胸鳍；而在身体后部的那对，称为腹鳍。正如预期的那样，有一块新的小骨头从躯干（相当于胸部）开始，一直延伸到接近尾鳍的位置。但是接着我发现了另一些新东西：一堆精致且几乎半透明的小骨头和其上奇怪而扭曲的缠绕结构。那堆小骨头就在这条成年鱼的躯干骨骼之后，而那些缠绕结构就像是缠在小骨头上的矿物绳索。我最初认为，这是该褶齿鱼“最后晚餐”的证据，因为在它体内可以清晰地看见还有另一条小鱼的骨架。接着我注意到，小鱼骨架上还连接有 2 组颌骨，分别是上颌与下颌。颌骨由 4 块破碎的齿板组成，意味着小鱼是另一条褶齿鱼。这使我对那串小骨头有了新的认识。那堆位于小鱼颌部附近的小骨头，其实是小褶齿鱼的，并且它们的形状与这条大的成年褶齿鱼形状相似。

大约一分钟左右，我脑中灵光一闪：这是一个非凡的发现！是所有科学家都希望在有生之年能够经历一次的时刻！

我欣喜若狂地向一旁正在工作的特里纳伊斯蒂奇喊道：“我们终于能在《自然》上发论文了！我们这条母鱼的体内有一个胚胎。”它不仅仅是一个胚胎，而且无疑是迄今为止全世界发现的最古老的脊椎动物化石胚胎，并显然是目前所发现的化石中保存得最完整的胚胎（参见图版第 2 页彩图 4）。

特里纳伊斯蒂奇冲过来，在显微镜底下观察它，过了一两分钟之后才同意我所说的，即我们确实发现了一个小胚胎。不过，她仍扮演着“魔鬼的拥护者”。她让我证明小鱼不是被大鱼吃掉的，即大鱼最后的晚宴。经过一段深思熟虑，我们达成了一致。我们认为，这种类型的褶齿鱼齿板相当特化，是说明小鱼胚胎和成年鱼为同一种的有力证据。此外，小鱼头部和躯干的一些零散骨片，虽然形状奇特，但简直就是大鱼的缩微版。而且，小鱼骨片也明显不同于跟此鱼亲缘关系近的其他褶齿鱼，这又进一步加强了我们的观点。简而言之，考虑到不同生长阶段可能会有的一些微妙变化，胚胎里小鱼的齿板、头部及躯干骨片，或多或少都能与成年母鱼对应的骨片相匹配。

“可是，假如这类鱼同类相食呢？”特里纳伊斯蒂奇问道。

“好问题！”我回复。

我们观察了胚胎里骨架的位置，并注意到胚胎是如何被高高地塞在脊柱附近，也就是卵巢的位置。任何鱼的内脏或消化道，都应靠近化石的下腹处，但我们的那些小骨头，却不是在那儿发现的。

特里纳伊斯蒂奇还提到，那些精致的小骨头有很完整的纹饰。说明它们保存完好，并未遭到任何明显的破损或损坏。如果小鱼是被吃掉的，我们应该能在其骨骼上发现一些在食物磨碎（被颌压碎）过程中的明显破坏，或是胃里腐蚀性胃酸蚀刻的痕迹。可在我们这块神奇的小标本上，以上两种情况都不明显。我现在已经开始称它为“我的宝贝”了。

在是不是胚胎的问题上，我们有绝对的把握，它是一个胚胎化石。但我们仍然不知道，小化石周围扭曲奇怪的绳状结构是什么东西。特里纳伊斯蒂奇把修复过程中掉下的一小块绳状结构装入一个小瓶中，准备在她自己回到珀斯以后，在扫描电镜下对它进行更详细的观察。

我们一致认为，我们的发现着实惊人，而且应该把这块标本再用酸处理，将这个小胚胎更多地暴露出来。最后，我们重复了两次我们之前的流程。每次时长大约一小时，然后仔细检查标本，直到暴露出足够我们研究用的颌骨和其他骨头。我还重新观看了我在化石修复早期拍摄的照片，以便确认一些小骨头刚被暴露出来时的状态。有一些骨头已从岩石中掉出来，散乱地分布在之前的酸处理残留物中。在照片的参考之下，我用笔刷把这些脆弱的小骨头从残留物里挑出来，再把它们都放到一个显微镜的塑料转动载物台上。

那天晚上，特里纳伊斯蒂奇、哈彻、我妻子和我开了一瓶不错的法国香槟，敬贺这条带着她 3.75 亿年前非凡胚胎的母鱼。很明显，这是我 30 年野外考察中所发现的最激动人心的化石。但是我们也意识到，为了能够在著名科学期刊上发表，我们必须对外保密，无论对媒体还是对我们的同事（投稿须知中明确地说，如果这些重大发现已引起了媒体关注，那么这些知名期刊将对此不再感兴趣）。

对科学文献的快速浏览证实，除了美国蒙大拿州熊谷 灰岩（Bear Gulch limestones of Montana）里可能有鲨鱼状的胎儿外，最古老的脊椎动物胚胎应该是中国的贵州龙（ Keichousaurus ）。熊谷灰岩年龄大约为3.2 亿年，其中发现的胎儿单独保存（未发现母体遗骸）；而中国的贵州龙年龄大约 2.2 亿年，属于三叠纪，是一种小型长颈海生爬行动物。之后的胚胎是侏罗纪时的鱼龙（一种像海豚的海生爬行动物）胚胎。它属于狭翼鱼龙属，年龄约 1.6 亿年，发现于德国，多年来被大家所熟知，最早是由英国古生物学家斯温顿（W. Swinton）于 1930 年记录的（在11 章有进一步讨论）。有些胚胎仍在母体体内，而另外一些则在出生时被化石化——可能由于造成母体突然死亡的创伤而引起流产。

来自蒙大拿州的化石鲨鱼胎儿，长约 1/6 英寸（4 毫米），早先被我的要好同事伦德（R. Lund）博士命名为子宫牙鲨（ Delphydontos ） ^［4］ 。那时他还在纽约阿德尔菲大学（Adelphi University）工作。这些胎儿于1980 年发表在《科学》杂志上。拥有约 3.2 亿年年龄的它们，被认为是当时已知最古老的脊椎动物胎儿。这些极小的化石鱼，似乎是刚刚出生或者流产的胎儿，但由于未发现母体，无法确切证明它们是“胎生的”——它们可能是从卵孵化而来的胎儿。所以在我们脑海中，正是我们将脊椎动物最古老胚胎的记录，向前推进了近 2 亿年。在我们作出重大发现 2 周后，特里纳伊斯蒂奇打来电话，她把取自我们那条鱼上的细小样品——那个白色扭曲的结构，放在了强大的电子显微镜下，放大至数千倍，并从各个角度进行观察。她说了两个字：“脐带。”听到的那一瞬间，我微笑着的同时，我的膝盖在颤抖。

她接着说道：“朗，这是一条脐带的化石，可能是将胚胎连接到卵黄囊上的。”

“但是我们怎样才能证明这一点，并说服那些将会审阅论文的同行呢？”我问。

“好的。”她说，“我已经识别出了许多特征，这些特征表明它肯定是一个喂食结构。它有用于流体转移的毛孔和囊泡，而且韧带上还有小瘢痕。这个瘢痕附着于脐带结构上，在现代鲨鱼中也能见到，我们称作‘阑尾’。此外，这上面还可看见多孔的上皮层。该化石所具有的以上 4 个典型特征，在现生鲨鱼的脐带上也有。”

我只消想一下就已震惊得目瞪口呆了。我们不只发现了一类已灭绝动物（盾皮鱼类）的新属和新种，还发现了一个保存堪称完美而精致的化石胚胎，其骨骼仍以三维形态保存于母体中。现在，我们这块独一无二的化石，竟然还保存有母体的喂食结构！这更加确凿地证明，我们发现的是一个胚胎。实际上，在脐带后端附近的岩石里，还有一个空腔（或空洞），被深黄色方解石粗晶填充。我们推测，这个洞可能是卵黄囊的残留位置。卵黄囊已经被分解了，而留下的空洞成为之后含有机质方解石的生长空间。然而，这一发现中最重要的部分仍没有被我们发现。大概一个月之后，我们聚在一起，开始写论文，准备向全世界公布我们的发现。我们请 2 位和我们关系密切的同伴来帮助我们——扬（G. Young）博士和森登（T. Senden）博士。扬是一位世界知名的盾皮鱼类专家，在堪培拉的澳大利亚国立大学（Australian National University）工作，也是 1977 发表的戈戈褶齿鱼类最初发现的作者。森登也在澳大利亚国立大学工作，他是建立了世界上分辨率最高的高精度CT扫描仪之一的科学家和应用数学系（Department of Applied Mathematics）的化学家。他们为我们的文章讲述这个故事奠定了基础。

森登的新技术让我们以非常高的精度对样品进行了X射线扫描，可以显示出将尾部和胚胎连接在一起，但仍嵌在石灰岩薄层中的那一小段。2007 年年底，我飞赴堪培拉去见扬和森登。我们对样品进行扫描，工作至深夜，然后迫不及待地注视着脐带结构穿过岩石的三维轮廓图。脐带结构表面上微小胚盘（embryonic plates）的所有特征清晰可见，因此我们可以看见显微镜下看不到的每一处细节。现在，我们这篇关于世界上最古老化石胚胎的文章已万事俱备。

那是堪培拉一个炎热的下午，在扬家的后院，我们一边喝着冰镇啤酒，一边思考着这个发现。我们突然恍然大悟，意识到这一发现的重大意义。我们凑巧发现了比世界上最古老胚胎更重要的东西。如果一个胚胎在母体中发育，这意味着雌鱼不是简单地将卵产在水中，雄鱼将精子喷射在它们上面，而是雌雄鱼之间在进行交配。在约 3.8 亿年前的灰岩海底附近，它们过着亲密而复杂的性生活。

扬呷了一口啤酒，细品这一发现。“先生们，”他庄严地宣布，“我确信我们刚刚发现了第一块有关交配的化石。”

那么，它们又是如何“做”的呢？ 0a4/Bhnu4Vq4WHGiHcqUrefg6iRw5AVNS/u2DjZt+Ob1QyJ7hEevdIGCkzq4t3sn