搞艺术的科学家：恐龙是如何被复原的？ | 《自然-生态与演化》科学家问答

原文作者：Luíseach Nic Eoin & Mark Witton 

古生物学一直受益于甚至有赖于非学术界的人们，包括业余和私人化石收藏家、业余科学家、保管者、标本师和艺术家。这个学科似乎很合适只有部分扎根学术界的职业。不是所有学科都能在学术性和外围角色之间这么自由地转换，因为那些核心研究需要专门的设备或资源，但化石是个很容易普及的东西。用图像或扫描就能获取细节，我们可以在博物馆里看到它们，用标准家用型电脑就能运行解释软件。虽然很少有机构需要全职古生物学家，但我们能通过为大学、博物馆、出版商、纪录片制作人和其他客户提供自由服务来谋生。

我从孩提时就开始画史前物种，把纸带到学校去在课间画画。不过我从未受过艺术训练，通过学习科学转向了古生物学。在完成学业之后我从事的工作更多是靠的爱好而不是专业训练。我博士毕业后第一份工作是要制造一系列的巨大翼龙模型，在伦敦南岸展出，那以后我签下了第一份图书合约，为一本插图和文本一样多的大部头绘制插画。有很多古生物学家也会创作艺术，但这不太常见。这让我们有了一个实用的技能来穿越博士之后生活的荒原。如果博士后不顺利，人家可以雇你画图表和制作展品，制作纪录片概念和公关艺术作品，或者为图书写作和插画。

不过在科学和专业艺术之间找到一个位置不是那么容易，科学或科学插画到底都不是报酬丰厚的工作。直到2022年（博士毕业15年后）我才有了足够的积累，终于可以全职从事古生物艺术。其实这也不尽然，因为我在艺术创作之余还提供咨询和写书。我倒是对此很满意，因为我不想固定在一个角色上。做太多的艺术工作让我思念写作，而因为我写的是已经灭绝的物种，我也想把它们画下来！

这取决于艺术作品的主题。有些灭绝生物的还原程度要像真实生活里有的一样。这其中包括真猛犸象，还有一些更新世哺乳动物，一些中生代恐龙——比如像鸟一样多近鸟龙属（Anchiornis），巨大的早期有角恐龙鹦鹉嘴龙（Psittacosaurus）等等。对这些生物来说，几乎所有的东西，包括颜色，都已得到科学阐明，古生物艺术家要遵循这些指导来确保科学上的真实性，就像我们复原现存物种的外貌一样仔细。

但这种情况并不寻常。大多数化石生物的外观的不确定性都远多于已知信息，我们得有赖于有根据的猜测和推断来生产科学上可靠的重建。但就算数据上有很大差距，我们也很少采取“怎样都行”的方法。多少总是有一点数据的，化石记录和现代生物当中总有些信息能指导我们的工作。我们可以使用系统发育包围法（将有些特征可能的演化约束在演化树节点上），预测某些结构存在与否。我们能从现代解剖学或者有时候从现存亲缘物种中获得指点。我们知道这些重建在大多数时候不会100%准确反映古生物的真相，因为有太多的变量要考虑了，而化石证据又少得可怜。但我们可以缩小不确定性的范围，使之与已灭绝物种相似，或至少恰当地体现出我们当代的了解。古生物艺术不仅基于审美质量评判，也基于科学。我们想要看到艺术家是否将我们对特定主题的每一方面考虑都描绘到了，然后做出合理、可信的预测来填补那些空白之处。

这个过程首先是给化石材料建立秩序，这些通常是硬的部分比如骨骼和壳。脱落的元素需要重建到生物机制上可信的位置，破碎或缺失的部分要通过亲缘物种来恢复和推断。这可能是一项非常复杂的任务，我们不能只是把一个物种的骨头移植到另一个里头，而是要根据“供体”和“受体”的的体型和功能差异作适当的比例调整。在画下任何东西之前，需要花大量时间在计算器和表格上。一旦基本的骨骼完成，就能利用现有物种的标记来投射全身的肌肉。这时骨骼开始有了活物的形状，不过也有其复杂性。彼此竞争的肌肉模型可能会造成不同外观，就算能可靠地推断肌肉位置，推断肌肉体积也是很难的。

一旦获得了满意的肌肉分布，我们可能会考虑脂肪组织在哪里——虽然这本质上是有根据的猜测，因为它们很少能化石化。但这可能很重要。例如，化石显示海洋爬行动物的身体外周有类似脂肪的组织，堆在支撑的骨骼肌肉系统上使之更具流线型。然后要加上皮肤，其细节大多数要么直接来自化石（如果已知），或来自近亲（如果物种情况未知）。后者又是需要考虑到“供体”和“受体”间的不同，因为根据不同的体型、温度调节能力或运动策略，一种类群适应的皮肤表面覆盖（毛发、羽毛和鳞片等）就会不适于其他类群。由于对灭绝物种只有少数良好的颜色数据，体色通常来自现生类群。在这个过程中要做的判断和决定如此之多，最后重建的结果永远都不是决定性的——但一旦你掌握了我们对特定化石物种的了解，就很清楚地会知道艺术家什么时候在重建灭绝物种时用了这些过程，什么时候没用。

地质学和古生物学数据，特别是来自沉积学、无脊椎动物古生物学和古植物学数据，提供了大量古环境信息。如果这些环境得到了充分研究，我们可以在一定程度上有信心地恢复这些场景，无论是作为其他物种的背景，还是作为“古地貌”本身。然后我们会用相同地质环境里出现的动植物填充到这些环境里。如果缺乏同时期动植物的信息，我们可能会推断临近地址单位中的特定生物群，只要环境上合适。在描述我们关注的物种时不总能有这些必要信息，所以研究环境细节和同时期动植物群是另一轮必备功课。研究和准备一件艺术作品的资源和完成它要花的时间可能会一样长。

我们从科学视角尝试恢复灭绝动物的工作，至少从1800年就开始了，你可以读到19世纪50年代关于史前动物修复的早期描述，基本步骤和今天用的一样。基本过程看起来到现在也没有太多改变。发生巨大变化的我们如今在艺术作品中增加的信息量，这让灭绝生物的重建越来越详实和精确。我们很多人都熟知19世纪里古生物艺术描述的那种鲸鱼那么大、蜥蜴外形的恐龙，脖子像蛇一样的长颈龙等，这些与今天的描绘截然不同。这种对比并不是反映出19世纪艺术工作的无用和粗疏，而是反映出他们对过去理解的不发达。我们一定还在犯错误，一百年后可能我们的工作也会显得很基本、很幼稚。当然这些错误未必像古生物学先驱那么明显，因为我们对化石生命的理解已经好多了，但我们仍然在许多领域摸黑前进。科学进展的本质，是未来世代的知识会让我们当前的关注显得很初级，这也一样适用于科学插图。

水晶宫恐龙（图1）在古生物学甚至可能更广泛的科学史上都有举足轻重的地位。这是超过30个史前动物的雕塑和相关地质展示，建造于1852-1855年间，在伦敦南郊水晶宫公园展出。它们曾经是宏伟的水晶宫项目（一个展示维多利亚时代世界观的世界风尚景点）的一部分，包括了19世纪中期的恐龙形象，以及已灭绝的哺乳动物、海洋爬行动物、翼龙、史前两栖动物，以及我们的远古祖先。其中一些模型是首次尝试恢复这些类群，它们都和原物种一样大。恐龙特别大：有10米长甚至更大。这些是水晶宫仅剩的藏品，它在1936年被烧毁，业主也随之关门。因为水晶宫恐龙在公园场地上才得以幸存。

水晶宫恐龙的特别之处在于，它们是古生物学早期发展的标志性里程碑，在书籍和纪录片及其他媒体中得到了广泛讨论和阐释，但它们在某种程度上仍然是被忽视的。我参加了水晶宫之友的慈善活动，尝试弥补后者的空白，在2022年和慈善机构主席Elinor Michel合作出版了一本书：《水晶宫恐龙的艺术与科学》。一开始我觉得这本书很容易写，但很快就发现这个著名遗址没有得到特别充分的研究。事实上，写作它的过程表明过去170年里有8座雕塑消失了，而且大多悄无声息。这些模型的物理状态恶化也和忽视情况差不多，很多现在处境不佳。有些掉了部分，沉降正在使其中一些崩塌，表面还长了植物。现在英格兰历史博物馆开始优先保护它们，有理由对它们的未来保持乐观，但长期存续要取决于持续维护和照料，正是缺乏这些工作导致它们变成现在这个样子。

人们常把注意力放在水晶宫恐龙的错误上，但这完全忽略了它们的宝贵之处。它们的制作时间是在所塑造的那些物种发现数十年甚至仅数年之后，因此与现代古生物艺术相比自然显得幼稚——要不然我们作为科学家和艺术家也太糟糕了！而且，如果因为大多数雕塑描绘的样子都过时了就否认它们的大多数（甚至全部）艺术价值，就会忽略掉一个事实：尽管有很多错误，但它们看起来很像真实动物。比如，仔细看看那些经常受到奚落的恐龙，你会发现它们的肌肉组织借鉴了活的生物，组织根据姿势恰当地延展和隆起，皮肤捕捉到了高度的细节，如按比例形式的局部变化。根据当时的知识，这是史前动物重建的大师之作，我们应在质量上与之媲美而非轻视。当时的首席艺术家Benjamin Waterhouse Hawkins应被视为第一位伟大的古生物艺术家，他当时似乎在没有多少科学家指点的情况下完成了这些杰作。这个项目的顾问是Richard Owen，但水晶宫公司的档案文件和雕塑本身都表明了他对这些模型没什么兴趣。有些雕塑的解剖结构，如著名的禽龙（Iguanodon）鼻角，要是Owen在的话肯定会强烈反对，但显然他没有充分表达意见阻止Hawkins这么去塑造它。

在某种程度上，水晶宫恐龙的成功给它自己挖了坑。因为在媒体和公众中盛况空前，它们产生了很大影响，相关新闻传遍世界。但因为许多雕塑都是依据残缺不全的骨架作为参考，它们也很快就过时了，更多化石在几年里就暴露出了它们的不准确之处。因为担心这样持久、不可修改的科学艺术作品对公众的误导，大型古生物艺术项目停顿了几十年，直到20世纪，大型古生物艺术方始回归。美国博物馆利用受忽视的古生物艺术传播科学和吸引观众的力量，在其推动下，20世纪初，Charles Knight为芝加哥菲尔德博物馆绘制了极具影响力的壁画，Rudolph Zallinger为耶鲁皮博迪博物馆创作了巨幅壁画。

水晶宫恐龙的传奇通过这些项目延续至今，尽管少有项目能如它一般雄心勃勃。事实上，水晶宫恐龙恐怕自己也没有达成目标。濒临破产的水晶宫公司没能完成计划中的模型，留下了十几个没做成的化石雕塑。人们可能会说，就公众影响力和资金而言，像《史前星球》等高预算纪录片和《侏罗纪公园》这样的电影在规模和野心上堪与之匹敌。将已经灭绝的动物做成动画自然是静态绘画和雕塑的下一步，而我们能将之做到照片般的真实水平，也提高了公众参与古生物学的期望。和IMAX大屏幕上飞掠而过的恐龙相比，古生物艺术的早期工作未免看起来有点复古怪异，不过前者也总有过时的一天。有朝一日我们也会将它们看作古生物艺术发展的一个阶段，就像我们今天看待更古老的19世纪的工作一样。