本书试图从科学的角度带我们全新、准确地了解恐龙。通过最新的考古发现，我们可以推测并还原恐龙的颜色、它们的咬合力、速度、哺育等。甚至，通过一批新发现的引起轰动的化石，可以延伸我们对恐龙的最新认知。除开有关恐龙的科普知识（其起源、种类、体型、饮食、奔跑以及灭绝等）——书中以插画的形式呈现并介绍各种恐龙以及相关知识（居住地、别名、年代、尺寸等），作者还带领我们走进流行的恐龙文化（比如，电影《侏罗纪公园》的幕后），破解各种关于恐龙的神话传说、探险故事。简言之，本书代表了当下恐龙领域的最新研究成果——最新的古生物学证据以及最前沿的科学技术，让我们真正地走进恐龙的世界。

    新科技改变了我们认识生命的方法，也带来了我们对恐龙的全新认知。
    在本书中，那些封印在史前骨骼化石中的秘密被奇迹般地一一呈现在世人面前：恐龙的颜色、牙齿的咬合力、奔跑速度以及哺育后代的方式等。
    当今杰出的古生物学家迈克尔·本顿用专业而生动的语言，引领读者走进发掘现场、博物馆与实验室。精美的插图再现了中生代生物的繁荣景象，我们仿佛正身处一个生机勃勃的恐龙世界。

    本书将带领我们进入新科技辅助下的恐龙研究之旅。
    迈克尔·本顿有丰富的古生物学研究经历和写作技巧。因此，与那些教科书或者学术专著相比，本书不仅让读者了解到古生物学研究的科学性，还有很强的趣味性。
    ——史蒂夫·布鲁萨特（Steve Brusatte），畅销书《恐龙兴亡史》（The Rise and Fall of the Dinosaurs）作者
    新科技已经改变了我们认识生命的方法，同样也改变了我们对恐龙演化方式的认识。
    迈克尔·本顿用生动简洁的语言为读者介绍了恐龙研究领域的最新成果，而且本书内容丰富，插图精美，令读者仿佛正身处一个生机勃勃的恐龙世界。
    ——理查德·福提（Richard Fortey），伦敦自然历史博物馆前馆长

地质年代表
前言
科学发现是怎么来的
第一章  恐龙的起源
第二章  编制演化树
第三章  恐龙化石的发掘
第四章  恐龙的呼吸、大脑和习性
第五章  侏罗纪公园能成为现实吗？
第六章  从小婴儿到巨无霸
第七章  恐龙怎样进食？
第八章  恐龙的行走和奔跑
第九章  大灭绝
后记
关于恐龙灭绝原因的其他假设
延伸阅读
图片版权
索引

    科学发现是怎么来的
    发现
    我记得那一天是2008年11月27日，我接到布里斯托扫描电子显微镜实验室的帕迪·奥尔（Paddy Orr）的电话，他说：“我们在羽毛（化石）里发现了一些排列规则的细胞器，你要不要过来看一下？”于是我赶了过去。帕迪·奥尔、我以及该实验室的负责人斯图尔特·吉恩斯（Stuart Kearns），我们三个人一起仔细观察那些小化石碎片，它们来自中国的某种披羽恐龙。我们看着屏幕，上面显示羽毛组织深处有一排排轻微扭曲的球形。随着斯图尔特转动控制手柄，观察的区域也随之改变，但它们始终都在。
    它们是黑色素体。
    这是一块1.25亿年前的羽毛化石。
    黑色素体呈空心囊状，内含黑色素，存在于羽毛或头发中。黑色素是一种让头发和羽毛呈现黑色、棕色、灰色和橘色等颜色的色素。我们是首次看到有证据证明恐龙身上有黑色素体的人，至少从有公开记载来说是首次。我们找到了恐龙羽毛颜色的证据，换句话说，我们首次确定了一种恐龙的颜色。
    那个时刻我们欣喜若狂。我们当时最想做的事情是狂奔出去告诉全世界，立刻向媒体公布，让所有的人知道！然而，作为科学家，我们所受的专业训练告诉我们要谨慎，而且我们也不能在没有确切的证据之前贸然发表声明，那样太愚蠢了。在发表科学成果之前还有一个完整的过程，就是所谓的“同行评审”。这个过程要求你提供所有的证据，详细且完整，通过两到三名其他同行的独立审查，然后在科学期刊上发表之后，你才可以向主流媒体公布你的发现。于是，我们只是一起出去喝了杯啤酒，并且计划对更多标本进行观察和测量。
    那是2008年，在当时这种发现的争议性是很大的。我们认为在显微镜下看到的是黑色素体，但是假如不能进行重复实验，并排除所有其他可能的解释，那么一定会招致激烈的批评。
    在过去的三十年间，对于羽毛组织中这些微小结构一直没有明确的解释，有人说是细菌，有人说是黑色素体，还有人认为是假象（artefacts）……有时候它们看起来呈微小的球状，就像我们现在看到的；有时候则像微小的香肠。它们的直径只有大约1微米甚至半微米（1微米等于百万分之一米，即千分之一毫米），我们的观察已经接近当前扫描式电子显微镜所能观测到的极限。是不是真的有可能它们只是某种无机物，或者只是在化石形成过程中进入到羽毛中的矿物晶体？
    2008年初，一个出生于丹麦的耶鲁大学博士生雅各布·温瑟尔（Jakob Vinther）发表了一篇重磅论文，他指出那些微小的球状和香肠状结构都只出现在化石的深色部位，从而得出结论：它们是黑色素体而不是细菌。他的理由很有说服力，他认为如果这些是在羽毛化石形成过程中侵入羽毛组织内部的以矿物质为生的细菌的话，它们应该是均匀分布在整个表面，包括深色和浅色的条状带。
    我们认可他的这一观点，并且立即把他这绝妙的思路运用到化石标本研究上。我们此前一直在和北京的中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（IVPP，俗称北古所）的张福成博士共同开展工作。2005年，张博士在布里斯托做过博士后研究，他带来过一些恐龙和鸟类的羽毛化石标本，这些标本对我们的研究很有帮助。
    这些化石样本来自中华龙鸟（sinosauropteryx），这是一种体长约l米，尾巴很长，前肢很短的恐龙，但不是鸟。虽然不是鸟，但是中华龙鸟化石完美保存了其背部的鬃毛状羽毛和延伸到尾部的簇状毛。我们知道，黑色素体是羽毛中角蛋白里的空心囊，当羽毛生长的时候会产生黑色素。我们看到的标本中的球状黑色素体告诉我们中华龙鸟的身体是橘色的，它还有一条橘色和白色相问的尾巴。
    现在，有客观的证据可以证明这种恐龙的颜色和颜色分布模式，而一个星期前这还只是猜测，知识的边界被再次扩大。
    科学战胜猜测
    这就是下面故事的主题：在恐龙研究中科学是如何战胜猜测的。就在不久前，在古生物学研究的恐龙领域里，对于诸如“恐龙能跑多快？…‘恐龙能咬断骨头吗？”“恐龙是什么颜色？”等问题，回答基本上都是猜测，再博学的人也没有准确答案。现在，这些问题已经可以用证据来检验，这就是科学。从猜测到科学是一个巨大的进步。
    从20世纪70年代左右开始，恐龙学研究发生了巨大改变，我很幸运，可以全程亲历这一革命性的变革。关于恐龙的一系列猜测，如演化、运动、掠食、生长、繁殖、生理机能，一直到最后的颜色，在变革过程中被逐一破解。新一代的恐龙古生物学家代替了老一辈，对于以前的那些猜测，他们早已有了很敏锐的审视。聪颖的横向思维、新化石以及新的运算方法已经在整个领域流行。
    ……
    头骨的各个部分被划分为无数极小的三角形，对应分配不同的材料属性，然后使用一种经典的工程学方法——有限元分析（finite elementanalysis，简称FEA）进行研究。有限元分析广泛应用于建筑和土木工程领域，设计师们在真正开始施工前都会用它来对设计方案进行负荷测试。所有的摩天大楼、大桥，以及我们放心乘坐的飞机，在制造前都预先运用有限元分析进行过测试。
    重点在于我们知道这种方法是可行的。为即将建造的摩天大楼、桥梁或者飞机预先建立数字模型并进行负荷测试，确定它们的抗压极限，这是工程结构设计的基础，是建造前不可缺少的步骤。我们放心地居住在摩天大楼里，毫无顾虑地乘坐飞机，是因为我们相信其建造所依据的计算结果是正确的。所以，如果我们用这个方法来研究恐龙的头骨或者腿骨，我们也应该相信其计算结果。虽然计算机里是一个已经灭绝的物种的模型，但是它却完整地向我们展示这个物种所具有的各项机能。这个应用很了不起，这相当于告诉大家古生物学是一门可验证的科学。我们已经将古生物学的某些领域发展成为严谨的硬科学，如果卢瑟福教授泉下有知，相信他也会对此表示认同。
    变革
    我曾经历过一次古生物学的变革。大约40年前，我刚开始系统地学习古生物学，那时候的古生物学还是一门实用性导向为主的学科，其主要目标之一是解决油气开采方面的问题，这一点在阿伯丁更是表现得尤为突出。阿伯丁是我的故乡，当时受北海油田大发展的机遇惠及，阿伯丁也正处于经济飞速发展的好时期。不过那时候的教授们如果在上课的时候讲到关于恐龙的体型、机能和演化应该是没什么底气的，因为当时这些方面的证据和相关研究都还很少。
    在我的职业生涯中，我见证了恐龙研究领域（以及大体上整个古生物学）从单纯的自然历史向可验证科学的转变。不断发展的科技将封印在古老化石中的秘密逐一展现在我们面前，我们现在可以知道恐龙的颜色、牙齿咬合力、奔跑速度，甚至亲代抚育习性。我自己也积极参与了其中许多相关领域，包括演化树的重建、侏罗纪公园现象、通过DNA复活恐龙的可行性、CT扫描和数字成像变革、使用新的技术模型测试暴龙牙齿咬合力和奔跑速度，以及恐龙颜色的确定等。
    媒体对当代古生物学研究的关注点主要在于那些有重要意义的新化石的发现，比如在阿根廷巴塔哥尼亚（Patagonia）地区发现的巨型蜥脚类恐龙化石，在中国发现的长羽毛的恐龙化石，以及在缅甸发现的保存了一小段恐龙尾巴的琥珀化石等。毋庸置疑，不断发现的新化石是当代古生物学研究的基础，但科学技术和研究方法的进步推动了古生物学研究的领域和信心的变革。
    本书将向读者展现最新的重大化石发现，带领大家探寻野外发掘现场，走进博物馆实验室。全书主旨在于展现古生物学是如何从维多利亚时期的自然历史中生根发芽，转变为当代的高度技术性、计算性和纯科学性的学科。这一过程是如此的激动人心，其进展之迅速和新重大发现产生频率之高也是前所未有，更让我们充满期待。

    在过去的四十年里，我们目睹了古生物学向科学的转变。这个转变源于古生物学研究中能够科学验证的领域不断扩大，同时单纯猜测的部分在持续减少。但是也有人不这么认为，因为猜测没有极限，而且人们还会提出更多新的问题。不过在我看来，我所提到的关于恐龙的饮食习性、运动速度、身体颜色和生长速度等问题已经都能用可测试的手段进行解答。
    科学是什么？
    哲学家们一直在争论科学的定义，但可以肯定的是，科学不仅仅包含数学。数学理论是可以证明的，而对于其他的科学，证明从来都是不可能的，仅能证伪。这就带来了理解上的巨大偏差，尤其是有些人现在还认为地球是平的，否认气候变化，认为是神创造了世界，他们将科学和事实混为一谈，妄想只要能推翻一个事实，就推倒了整座科学殿堂。
    在实际研究中，自然科学包含了很多假设和理论。我所知道的关于恐龙灭绝的假设就有很多种（参见附录），还有各种关于为什么蜥脚类恐龙体型会如此巨大的假设等。如果关于某种假设有了充分而清晰的证据，那么假设就变成了理论。比如说，阿尔瓦雷茨提出的晚白垩世的灾难性撞击模型和这次撞击与恐龙灭绝之间的关联就是一个有强有力证据支撑的理论。这个理论无法被证实，但是如果是错的，那么就很容易被证伪。
    特别是当路易斯·阿尔瓦雷斯和他的团队在1980年建立这一理论时，他们实际掌握的证据并不充分，主要是来自古比奥和史蒂芬斯一克林特（Stevns Klint）两个地方的铱峰值。年复一年，积累起来的证据确定了他们的猜测，而且也没有找到能反驳他们的证据。如果能证明铱峰值都出自不同的地质年代，或者铱峰值只出现在这两个地方，这个理论就会被驳倒。然后，在1991年，科学家们发现了那个陨石坑，这为阿尔瓦雷斯的理论提供了有力的、确凿的证据。小行星撞击在恐龙灭绝中的确切作用，以及是撞击直接导致了这一切，还是气候变化和德干陷阱的喷发带来的额外压力造成这一后果，都还在辩论当中。但是这一理论是目前最可信的。 这就是卡尔·波普尔在1934年提出的科学中的假设演绎法的原理。他看出将来这种方法会延伸到历史科学领域，只是不知道会以什么样的方式开展。因为，无论是在考古学、古生物学还是地质学中，似乎永远都不可能以纯科学的方式来研究历史事件。但不管怎样，在本书中，我们还是结合一些具体的事件对此进行了探索和尝试。 理论和批评 科学家和公众经常会误解批评的作用。诚然，指出错误是所有旁观者的责任，因此一旦古生物学家们出了一点错误，比如搞错了化石年代、标本种类或者是标错了特殊解剖特征，那么无数虎视眈眈的评论者们一定会在第一时间发现并指出，使得研究人员可以迅速纠正错误。睿智的达尔文曾经说过这样一句话：“从科学的发展来说，事实错误的危害非常大，因为错误的事实经常要花费很多年才能被纠正；但是基于正确的事实而得出的错误观点，其危害相对要小很多，因为所有人都乐于指出别人理论中的错误之处。” 对于假设和理论的批评与对事实的批评完全不同。虽然，如达尔文所说，科学家们在批评同行的理论时不会有所保留，但是他们通常不能只破不立。如果要驳斥别人的理论，他们必须要给出自己的、能够对数据作出更好解释的理论。做一个合格的科学家没那么简单，不仅要通盘考虑所有的数据，也要仔细权衡所有可能的假设。 我们首先得了解一下“理论”这个词，要知道在包括英语在内的很多种语言里，“理论”都是有两层含义的。第一层含义是在普通的交流时所说的“理论”，这时的“理论”只是一种想法，比如有人说：“我的理论是，今晚的晚餐有香肠……还有，把我花园搞得一团糟的一定是邻居家的那条狗。”这些都属于小范围的推断，也是理论的一种。另一层含义就是在科学范畴里，理论是世界运行方式的模型。有一些理论跨度极大，意义深远，比如万有引力、演化论等；也有一些理论范围稍小一些，如晚白垩世小行星撞击地球、竞争释放（competitive release）导致哺乳动物代替恐龙等。随着越来越多证据的浮现，这些理论都经受住了广泛的检验，而且也没有能够取代它们的更好的理论。至于晚餐吃不吃香肠和在花园里搞破坏的是不是邻居家的狗，我们不知道，也不关心。 但是，对于那些神创论者和不承认气候变化的人，以及那些否认吸烟有害健康的人，他们最喜欢做的事情就是在“理论”这个词上胡搅蛮缠，在他们口中，这些“理论”都仅仅只是“理论”。比如，虽然他们提出的观点都经不起事实的检验，但是他们始终不承认恐龙的存在。他们否认万有引力，否认疾病与细菌之间的关联，但是我们却放心地乘坐飞机，也信任外科医生，因为我们知道这些理论已经得到了无数次的检验。 古生物学恐龙研究从猜测到科学的转变 本书的主要内容是从20世纪80年代到现在为止的古生物学恐龙研究进展，我重点讲述了一些有争议的地方，尤其是在一些特殊领域发生的转变。在那些领域里，科学家们以前只能进行单纯的猜测，但现在已经有了科学的研究方法。 从1984年起，因为演化枝分类法的应用，演化树和恐龙分类领域的研究取得了长足的进展。而在2017年，一种全新的恐龙演化树又引起了激烈的辩论。过去的这几十年间，演化树已经成为很多演化研究模型的基础，如演化速度的快慢，甚至演化的趋势，例如我们在2016年的一篇论文中提出，恐龙在小行星撞击地球很久以前就已经逐步走向灭绝。 不过，科学家们在1980年提出的小行星撞击地球导致恐龙灭绝的理论已经接受了严格的检验，并直接推动科学研究中的许多重要领域重获生机。 我们看到，发生变化的不仅仅是演化树和一些大事件，整个古生物学都一直在被重新审视。新的工程学技术为古生物学家研究恐龙的食性和运动方式提供了全新的方法，对于骨骼组织的精细分析也将恐龙的生长和生理机能研究推向深入。在我个人看来，最重大的发现当属2010年发现恐龙羽毛的颜色和图案，以及我们在该发现基础上推测的恐龙求偶习惯，乃至性选择在恐龙演化中的作用。 未来会怎样？ 未来会发生什么？如果是10年前问这个问题，我应该会很肯定地说，永远不可能知道恐龙的颜色。但是现在我们确实做到了，虽然才刚刚确定几种恐龙的颜色，但是方法科学，逻辑严密，也因此建立了确定远古时代生物颜色的黑素体理论。虽然我们现在还不知道恐龙怎么发声，寻找恐龙的DNA或者克隆恐龙也遥遥无期，但是，谁还能截然答复“不可能”呢？ 在化石形成过程中，有一些有机分子捱过了严酷的石化过程而幸存，新的化学分析方法和实验室仪器让古生物学家对这些有机分子有了更深的认识。能够幸存的包括黑色素和一些蛋白质，而蛋白质中的序列信息有助于确立演化树上的亲缘关系。CT扫描和工程分析等方法在化石研究中才刚刚被应用，关于恐龙的移动方式和进食习性等方面的新成果即将大量涌现。另一个有了长足进步的领域是以海量数据运算为基础的、关于演化方式和演化过程的超级演化树编制。我们相信，新技术将会带来新发现。比如关于骨骼化石的微观研究将为我们揭示恐龙生长和性别的更多奥秘，而牙齿磨损状况则会为饮食习性提供佐证。 科学家们和公众一样，都对恐龙的灭绝原因很感兴趣，同样引人关注的话题还有恐龙的起源，只是这个问题要难回答得多。我们看到，随着新化石的发现，恐龙的起源时间被从2亿3000万年前提早到2亿4500万年前，但是，谁知道将来会不会有更早的化石证据出现？关于恐龙的生存方式也有竞争模式和机会模式两种主流意见，前者认为恐龙用强大的攻击能力逼退了所有竞争对手，后者认为恐龙只是恰好在众多残酷的环境危机下生存下来的幸运儿。此外还有一些其他的重要问题，如气候变化对于生物演化的影响等，这些问题对于研究未来的生物多样性进展至关重要。