环球科学|恐龙死亡现场调查:现代法医和犯罪现场分析引入古生物学研究_

撰文|赖利·布莱克（RileyBlack）
翻译 | 林清
美国西部的山区中遍布着恐龙的尸骨。在从新墨西哥州延伸到蒙大拿州的侏罗纪晚期岩层中，古生物学家已经发现了大量的恐龙化石，这些杂乱堆放的骨骼看起来就像是堵塞了的石化河道。
无论是关节相连的、还是混杂堆在一起的，发现数量最多的往往是史前化石的代表，包括异特龙（Allosaurus）、剑龙（Stegosaurus）和梁龙（Diplodocus）等等。这是因为侏罗纪的季候性洪水会将多个物种的恐龙骨骼冲到一起，堆积成巨大的骨堆，后续覆盖的沉积物则会使它们变成化石。然而，对那些试图从骨骼堆中厘清史前细节的专家来说，这些看似巨大的科学宝库却有让他们大伤脑筋的一面。
“我们面前的骨床中有多少只恐龙？”这个问题可能看似简单，但古生物学家却不这么认为。无论每具恐龙骨架有多大，它们都是由200多块骨头组成的。当这些骨床在侏罗纪晚期被冲积堆叠后，其中的骨骼只有很少能保持完整。细菌腐蚀、食腐动物吞食及携带泥沙的洪水的冲击，都会使残骸支离破碎。比如在美国犹他州中部的克利夫兰劳埃德恐龙采石场（Cleveland Lloyd Dinosaur Quarry）等地，古生物学家就找不到完整的、仍然相互连接的骨骼。而他们仅凭在当地发现的46副异特龙的左股骨或大腿骨化石，就估计这个遗址至少有46具异特龙的遗骸。
【环球科学|恐龙死亡现场调查:现代法医和犯罪现场分析引入古生物学研究】然而，上述估计只能体现最低数量，因为有些动物的左股骨可能已经丢失。类似情况也适用于其他史前骨床。德国波恩大学研究生凯莉·维尔斯马-魏安德（Kayleigh Wiersma-Weyand）说：“到目前为止，区分骨骼所属的个体主要是基于这些骨骼被发现时是否仍有关节连接或者紧密相连。 ”通常情况下古生物学家会假设：在相邻的发掘区间内，来自同一物种或等大物种的骨骼都属于同一只动物，但目前还没有办法可以有效验证这种观点。如今，维尔斯马-魏安德和同事提出了一种解决方案，他们希望通过显微镜观察骨骼内部结构，分辨不同骨骼间的关系。相关研究发表在《电子古生物学》（Palaeontologia Electronica）杂志上。
长期以来，古生物学家十分关注美国怀俄明州的豪-斯蒂芬斯和豪·斯科特采石场（Howe-Stephens and Howe Scott Quarries）。但是就像美国西部其他著名的出产侏罗纪化石的区域一样，这里的遗骸在被埋入地下以前就已经被打散了。然而，通过检查骨骼内部的细微结构，研究人员或许可以匹配这些零散的骨头，从而识别它们之间的联系。
研究小组在长颈蜥脚类恐龙（sauropods）上取样，小心地将肢骨化石切成薄片，然后放在显微镜下研究。（如果处理得当，即便经过这样的采样过程，还是可以保留骨头的完整结构。）他们的研究首次结合了几种不同类型的微观结构分析方式，从而可以更好地缩小范围，确定哪些骨骼属于同一个体。这项技术会仔细检查多项特征，比如骨骺线，骨骼组织中血管经过的开孔，以及新组织生长取代旧组织时形成的环状结构（circular structure）。
“我认为，在解决这种普遍存在的问题时，这是一种聪明的方法。 ”美国阿德尔菲大学古生物学家迈克尔·迪埃米克（Michael D‘Emic ，并未参与这项研究）说。毕竟，研究人员很难判断某块特定的骨头是与当地发现的其他骨头属于同一个个体，还是属于另一只恐龙。对于几十年前就复原成型的历史藏品而言，这点表现得尤为明显。因为在博物馆里展出的有些恐龙是由来自同一地点的多块骨头拼接而成的，研究人员无法核实组成这只恐龙的各个部分到底属于同一只还是来自多只不同的动物。如果博物馆允许进行必要的骨骼取样， “这篇论文就可以为确定骨头的归属提供全新的方法。 ”迪埃米克说。
在数十年的研究中，科学家深入分析了恐龙骨骼如何记录自身生长和生活过程中的信息。维尔斯马-魏安德说，之前的研究重点是不同地点的不同骨骼， “但是我们现在可以把之前普遍适用的方法应用到特定的恐龙化石上。 ”
以一只蜥脚类恐龙为例，它的绰号叫“马克斯”（Max），几乎所有的部分都是从一堆散乱的骨头中找出来的。当时两块小腿骨是连在一起的，但其他孤立的骨头真的属于这只需盔龙（Galeamopus）吗？研究人员发现，许多关节脱离的骨头与那段关节相连的骨头在结构细节上相匹配，说明它们同属一个个体。科学家也发现，有些骨骼仅仅根据外形就被归为“马克斯”的了，但实际上这些骨头属于其他动物。因此，在“马克斯”死亡1.48亿年后，科学家成功缩小了范围，准确找出了真正属于它的骨架。
这项研究确实存在某些局限性。西科罗拉多博物馆古生物学家朱莉娅·麦克休（Julia McHugh ，并未参与这项研究）说：“单具骨骼的不同部位也具有不同的生物力学限制，并保留着略微不同的生物力学属性。 ”维尔斯马-魏安德也承认这种差异，但她同时指出，他们的研究方法能更好确定哪些骨头不属于同一个体。从关节仍然连接在一起或者彼此紧密关联的骨骼着手，有助于设立基线，进一步推测其他骨头的归属关系。可以说，显微分析综合了多种不同类型的分析方式，是检验骨头是否属于同一只动物的最有效的手段。
麦克休表示，利用微观结构确定特定恐龙骨头的归属，不仅可以更好地估计研究区域中恐龙的数量，还可以开发其他用途，而不仅局限在恐龙研究上。她表示，无论它们是侏罗纪恐龙还是其他哺乳动物的化石， “这种方法都有助于确定单个骨床上种群的年龄信息” 。
维尔斯马-魏安德说，这种方法还有一个优点，它有助于揭示这些遗骸是如何被带到当前位置的。例如，面对一条已经石化的河道，将骨骼与特定的恐龙进行匹配，可以帮助古生物学家确定它们被埋没时水流的方向。这种方法能够重建骨床形成的关键过程，也能确定骨床是记录了一次还是多次埋藏事件。
“这很令人振奋！”威斯康星大学奥什科什分校的古生物学家约瑟夫·彼得森（Joseph Peterson ，并未参与这项研究）说， “能够重建不同骨骼在埋藏环境中被拉至关节脱离的过程，就能将现代法医和犯罪现场分析引入古生物学研究。 ”