近年来,随着科技出版数量激增,出版节奏加快,仅靠论文发表前的少数同行进行审稿,已无法完全保证论文的质量及可靠性。因此,论文出版后的同行评议、可重复性检验和相关学术交流正变得越来越重要。高质量的研究应当经得起时间的检验。
今天,我们收到了来自几位古生物学研究者的署名文章,质疑中国古生物研究者邢立达及其合作者3月12日在Nature杂志上以封面文章形式报道的“世界最小恐龙”,认为其并不属于恐龙或鸟,而很可能是一件蜥蜴的头骨。如果他们的质疑成立,这篇论文将是古生物学史上最大的乌龙事件之一。
我们希望,这样一次学术性的质疑、讨论能促进学界的深入研究;我们也希望,大家能借此机会,深入地思考该如何把关科技论文的质量,如何评价科研成果的质量。
撰文|王 维(中国科学院地质与地球物理研究所)
李志恒(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)
胡 晗(澳大利亚新英格兰大学)
王 敏(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)
易鸿宇(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)
卢 静(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)
北京时间2020年3月12日,《自然》(Nature)杂志以封面文章形式刊登了缅甸琥珀中的一项新发现:一件不到2厘米的头骨[1]。文章作者邢立达等人将头骨鉴定为鸟类,而且是一个全新的物种,他们将这个新物种命名为“眼齿鸟”(Oculudentavis)。因为鸟类是由恐龙的一个支系演化而来,所以广义的恐龙包括鸟类。可见,眼齿鸟不仅是“世界上最小的鸟类”,也是“史上最小的恐龙”。论文揭示了恐龙中前所未有的极端“小型化”现象,以及“过去未知的身体蓝图”和“未知的生态(类型)”,可以说是一项很有趣的发现。
文章给人的第一印象是:这件头骨标本保存得很好,并且X光扫描和重建也比较清晰,对于缅甸琥珀来说很难得。然而,读完全文之后,我们却产生了一连串的疑问。论文作者们对标本解剖特征的解释,能得出文章中的鉴定结论吗?这个头骨真的属于鸟或者广义的恐龙吗?
推敲之后我们发现,论文断定这件头骨属于鸟或广义恐龙的证据并不过硬,甚至一些重要的解剖特征更支持这件头骨属于某种蜥蜴。
如果这件化石不是鸟,也不是恐龙,那这项研究的一切结论,以及结论的外延、重要性和科学意义都将无从谈起。
爬行动物演化关系
我们一般说的“爬行动物”早在约2.5亿年前,就演化出两大繁衍至今的分支,一支叫主龙类(archosaur),包括鳄类、翼龙、恐龙等。恐龙中的一支演化成鸟类,所以鸟类可说是一类特化的恐龙。另一支叫鳞龙类(lepidosaur),包括喙头蜥、蜥蜴、蛇等。属于主龙类的恐龙/鸟,和属于鳞龙类的蜥蜴,不仅分家时间早,亲缘关系很远,而且在骨骼的很多方面,尤其是头骨形态上,都存在显著而稳定的差别。因为中生代的古生物化石无法提取DNA,这些细致、独立的骨骼形态特征,就具有了重要的鉴定意义,是化石分类的决定性依据。
疑点 1
头的形状能证明它是鸟吗?
首先来看看,作者是用什么证据链来支持这件标本是鸟的呢?实际上,在整篇论文中,讨论标本为什么被归到鸟/恐龙的篇幅极其有限,与其重要性并不相符。论文中唯一的陈述是:“眼齿鸟的头骨整体展现出鸟类头骨的形态,包括窄长而尖的吻部、后移的鼻孔、增大且轮廓清晰的眼窝、缩短的眶后区域,以及圆顶状的头顶。”可见,作者是根据“头型”——即连续的几何形状,而不是离散的解剖学特征——将这件标本鉴定为鸟类的。
可是,这些形状,在爬行动物中并非只有鸟才有。趋同演化现象很常见:亲缘关系迥异的不同动物,经常会演化出非常接近的外形。蜥蜴中的铲吻蜥(Meroles anchietae)、安乐蜥类(例如Anolis dissimilis),吻部都有不同程度的加长;主龙类中的Avicranium renestoi[2]和Teraterpetonhrynewichorum[3],这些和鸟类/恐龙亲缘关系甚远的爬行动物,也有嘴尖而长、鼻孔后移、大眼等头型,因此,仅仅基于这些连续形状的相似性,无法得出标本属于鸟/恐龙的结论,继而无法演绎出一系列后续意义,何况还有一些重要的解剖特征指示着这件标本属于蜥蜴的可能性。
(左上)铲吻蜥(来源 https://kienthuc.net.vn);(右上)安乐蜥;
(第二行)左侧Teraterpeton(来源 https://journals.lib.unb.ca),右侧复原图(来源https://alchetron.com/Teraterpeton);
(第三行)Avicranium复原图(来源 https://twitter.com/martinhfilipe)
整体外形的趋同演化
生物形态学研究的首要原则是:基于解剖学特征,而不是整体外形的相似性,来推断生物间的演化关系。由于在类似的自然选择压力下,亲缘关系很远的生物,也经常会演化出相似的外形,这一现象称为趋同演化。例如鲨鱼、鱼龙、海豚,分别属于鱼类、爬行动物、哺乳动物,但由于都适应于海洋中的生活,善于游泳,而演化出了同样窄长的吻部、流线型身体、鳍状肢和鳍状尾,但各自的内部解剖特征却千差万别。再例如,人类和大熊猫的手掌,都有一个可以握住竹竿的大拇指,人类的大拇指是真正的大拇指,而熊猫的“大拇指”却是加长的腕骨。所以,使用形态学数据推断演化关系和分类位置时,离散的、不容易发生趋同和反转演化的解剖学特征,多数情况下要比复合的、容易发生趋同和反复变化的整体外形有更大的分类意义。
疑点 2
不合理的系统发育分析
系统发育分析,是将需要比较的物种及其形态特征编码构建成数据矩阵,利用统计学方法来计算各物种间的亲缘关系,形成树状分支图。论文的系统发育结果表明,眼齿“鸟”是一种非常原始的鸟类,刚刚从恐龙家族中分化出来,仅次于始祖鸟(Archaeopteryx),是目前“第二原始”的鸟类,它之后是热河鸟(Jeholornis)。
问题在于,论文作者们计算眼齿“鸟”的系统位置时,只是将其放在一个样本选取全部为鸟类的数据矩阵内运算,而没有置于更大的范围内,比如样本包括恐龙、蜥蜴等其他爬行动物的代表。这意味着,在进行分析之前,作者就已经认定这件标本是鸟。如果这件标本有明显的鸟类鉴别特征,如此取样尚可接受;但是这件标本不仅缺乏主要的鸟类鉴别特征,而且还有一连串蜥蜴才有的特征组合,这时再使用一个样本全为鸟类的数据矩阵进行分析,等于不动声色地、先验地将这件标本归到了鸟类,这在方法上是不合理的。
下面就来看看这件标本上组合了哪些解剖特征,未见于鸟类或广义恐龙,反而在支持它可能属于蜥蜴?
疑点 3
没有眶前孔的鸟?
鸟类和恐龙在头骨上有一个非常稳定而具有鉴别性的特征,那就是眶前孔(antorbitalfenestra)。眶前孔在多数主龙类支系一直保留着,并被作为主龙类头骨的一个重要的共有衍征,即使有极少数与其他孔愈合或闭合,也都留有痕迹。但是,正如论文作者们已经注意到的,琥珀头骨上并没有眶前孔1,也没有眶前孔留下的任何痕迹。这非常奇怪,要知道,虽然从主龙类祖先演化到兽脚类恐龙,再演化到鸟类,以及鸟类后续的多样化过程中,头骨发生了不少巨大的改变,但眶前孔存在这一特征却一直非常稳定。
论文作者对这件标本完全缺失眶前孔是有解释的:“因为头骨小型化,导致眶前孔丢失。”[1]可是,这件标本既然大小和蜂鸟头骨相仿,那蜂鸟的眶前孔是否也丢失或退化呢?事实上,各种蜂鸟的眶前孔全部都完完整整地保留着。可见,这种解释不太站得住脚。
相比之下,所有的蜥蜴都没有眶前孔。从这件标本没有眶前孔来看,它不太可能是恐龙或鸟,反而可能是蜥蜴。
疑点 4
长着侧生齿的“鸟”?
许多熟悉爬行动物形态的读者可能都知道,所有恐龙/鸟类的所有牙齿,都是长在颌骨齿槽里的“槽生齿”(thecodont)。而蜥蜴牙齿的着生方式则截然不同,是从颌骨的表面长出的“端生齿”(acrodont)或侧表面长出的“侧生齿”(pleurodont)。根据论文的图及描述,这件化石中,上颌骨的牙齿显然是侧生齿,这种着生方式在蜥蜴中常见,但在恐龙和鸟类中是史无前例的。