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徐星：人类的大拇指和霸王龙有啥关系？这涉及了生物学的重要概念
恐龙退化的到底是哪两根指头？古生物学和胚胎学的数据出现了完全不同的结论，这就意味着存在同源问题上的悖论。科学家们从多种角度出发，以这些方式进行了研究…
演讲者：徐星 中国科学院院士，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员，云南大学教授
演讲时间：2024年1月27日 2023格致科学盛典
主要从事中生代爬行动物化石及地层学研究，与合作者一起发现和命名了80余种恐龙，是世界上命名恐龙有效属种最多的学者之一。研究多次入选中国基础科学研究10大新闻、中国十大科技进展、美国《科学》杂志年度十大科学突破等，有关鸟类起源及羽毛和飞行起源的研究被誉为领域内里程碑式的成果。发表论文愈300篇，其中包括《自然》和《科学》文章40余篇。不过最难写的却是一篇千字科普短文《飞向蓝天的恐龙》，收录在小学语文课本里。
霸王龙的大拇指是真的大拇指吗？我们找到了这些漂亮化石，颠覆了传统认知
不同时期的科学家对待同样的现象、同样的矛盾、同样的数据，他们的出发点和观点会不一样。
大家好，我是徐星，非常高兴再次来到格致论道，今天我跟大家分享的题目是《霸王龙和你的大拇指是一回事吗？》。
我们每个人都可以看一看自己的大拇指长什么样，想一想这小小的大拇指对我们意味着什么。
从演化的角度来看，大拇指对于我们人类这个物种来说是极其重要的。700万年前，人类这个支系和黑猩猩分道扬镳之后，我们就开始了自己的历程。在人类演化过程中，最早出现的一个重要特征就是双足直立行走。直立行走解放了我们的双手，有了灵巧的手，让很多事情成为可能。
特别是大拇指对人类的发展起了非常重要的作用，比如我的手能用大拇指和食指一起写字，这也让我们建立了知识体系。知识体系的建立让我们成为了一个非常独特的物种，这也是我们能够征服地球的一个很重要的因素。
大拇指对我们来说这么重要。但从演化的角度来看，我们的大拇指与一些跟我们亲缘关系很近的其他物种的大拇指差别不大，仅仅在于我们的大拇指长了一点点。就是这么一个小小的演化上的形态变化，却致使地球产生了巨大变化。
而我今天要讲的是，人类的大拇指和霸王龙的大拇指是不是一回事？这个问题看起来好像非常无聊，也特别细微。但是正是这个无聊且细微的问题，涉及到了一个非常重要的生物学概念。
科学概念，而不是语言游戏
为什么这么说呢？我们的问题是“霸王龙和我们人类的大拇指是不是一回事情”，这只是一种语言的表达。
说到语言，我们不得不提到一个人的名字。前些日子有一首很流行的歌曲叫《罗刹海市》，歌曲的最后一段也提到了这个人的名字，他就是维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）。我想由于这首歌，很多人知道了这个有意思的人，知道了他对语言做了很深入的分析。那他的最核心的贡献是什么？就是探究了语言的意义，探究我们生活的语言、科学的语言、还有整个语言系统对人类社会意味着什么？
对我们来说也是这样的。霸王龙和人类的大拇指是不是一回事，这是一种通俗的说法，那它在科学领域对应的术语或专有名词是什么呢？有个科学术语叫做“同源”。同源的概念对于研究生物学的人来说是一个非常重要的概念。
由于时间关系，我就讲一些和今天主题有关的。大家可以看看自己的手有几根手指，答案很简单，就是5根。但大家可能不知道，其实在四足动物当中，有5根手指的、有4根手指的、有3根手指的、甚至有1根手指的，手指的数量很不一样。5根手指实际上是个比较典型的原始的状态。
我们的每一根手指都有它特定的形状，位置也是固定的。大拇指总是在最里边，小拇指在最外边。我们给这些不同的手指都起了名字，这些名字背后其实也对应着一些生物学信息，像大拇指总是在第一个位置。
通常来说，我们很容易从位置、形状还有基因信息“三位一体”地判定大拇指。比如我们的脑袋总是长在脖子上而不会长到腰上，也不会长到脚上，这就是位置。脑袋有特定形状，我们的脑袋上一定有眼睛、有鼻子、有嘴巴，不会长出两根手指。而整个的脑袋的位置和形状受到一套独特的基因网络的控制。这就是同源的内核所在。
这些标准能让我们判定什么是大拇指、什么是食指、什么是中指，就是用一些科学的标准来判定大拇指的同源。这个标准也揭示了科学一个很重要的特征，就是所有科学阐述一定要有可测量、可验证的一些指标来做评定。
这是一些枯燥的背景知识，接着我们来讲一些稍微有意思的事情。
不是禽龙的角，而是大拇指
那是不是所有的生物结构都这么简单明确、可定义、可追寻呢？我们先讲一个恐龙的故事。
这是一种著名的恐龙叫做禽龙，是世界上最早被命名的恐龙之一。当时发现右边这个化石的时候，大家就看见了这个尖锐的、像锥子一样的结构。但由于发现的化石不完整，所以当时的科学家认为，这个像锥子一样的生物结构很可能像现在的牛角一样长在头上。如果今天你去英国伦敦看最早的禽龙的复原雕像，就会发现它被放在了脑袋上。
后来，完整的化石被发现以后，大家才发现原来禽龙的手是这样的。之前认为长在禽龙头上的角实际上是它的大拇指，只不过长得特别奇怪。
这个判断是怎样得出来的呢？通过一具完整的化石。从完整的化石上可以看到，禽龙像人类一样有5根手指头。像锥子一样的这个结构虽然长得跟人的大拇指不一样，但是位置是一样的，也长在最里面。所以完整的化石就通过位置信息告诉了我们，这个锥子状的结构是个大拇指，而不是其他部分。
这是一个比较容易判断的案例。为什么容易呢？因为禽龙长了5根手指头，而我们熟悉的动物一般都长着5根手指头。不管是锥子状还是其他的奇形怪状，只要长在最里边，是5根当中的第一个，我们就把它叫大拇指。
但是在生物界中，还有很多生物的手指数量少于5根，比如这张图里面有两种生物，左边的是今天故事的主角霸王龙的手，严格地讲它有3根手指，但是能明显看见的只有2根手指。
右边这个长得更怪的，大家猜猜这是什么动物的手？其实它是鸟翅膀最前面的一段，也就是鸟的手部。鸟的手部跟其他动物的手部形状完全不一样，尽管如此，我们也可以看见鸟有3根手指头。
所以，像霸王龙这样的2根手指或者鸟这样的3根手指，都让我们无法判断它到底相当于人类的哪几根手指头，在这种情况下做判定就比较困难了。尽管困难，科学家们总有办法解决这个问题。
胚胎数据和化石数据“打架”
手指退化有个很极端、很著名的例子，就是我们熟悉的马。马奔跑得非常快，其中一个原因就是它的脚趾/手指退化，最后只剩一个指头，叫做蹄子。
看马的化石记录就会知道，它的祖先也有5根手指，后来变成了4根手指，再变成3根手指，最后变成1根手指。
从马的胚胎发育早期，也可以看到马蹄从5到4到3到2到1的过程。
通过马的化石记录和胚胎发育过程，我们知道它最先退化的总是大拇指，然后是小拇指。这不光是在马的演化过程当中存在，在很多其他四足动物中也存在一样的现象，我们把它叫做摩尔斯法则，或者叫两侧退化法则。
这是一个非常保守的退化机制，广泛存在于很多其他动物当中。比如鸟类的胚胎发育过程告诉了我们一样的故事。
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