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《侏罗纪公园》里科学家们在琥珀里找吸过恐龙血的蚊子的场景，可能至今还令许多人记忆犹新。但现在，一支来自多个国家的古生物学研究团队，找到了一件琥珀中的恐龙标本。

琥珀中的恐龙标本（左）和该标本所属的恐龙复原图（右，局部）。图片来源：左：Royal Saskatchewan Museum (RSM/ R.C. McKellar)；右：Cheung Chung-tat

你没看错，就是，琥珀，中的，恐龙。

这项研究由中国地质大学（北京）的邢立达博士与加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆的瑞安·麦凯勒教授领衔，研究论文[1]刚刚发表在《当代生物学》期刊上。

“没。”邢立达说，“没有先例。”他手上捧着的，是人类发现的第一个保存着非鸟恐龙的琥珀。被保存在琥珀里的，是一条小恐龙的尾部。透过它，距今约9900万年前的恐龙世界正以一种无比真实和“鲜活”的方式展现在人们面前。

邢立达（右）和瑞安（左）在展示存有恐龙尾巴的琥珀标本。图片来源：Shenna Wang

琥珀里的恐龙有什么特别？

说起恐龙，人们不是想起它们在电影里那令人畏惧的形象，也许就是想到冰冷的骨架化石。骨骼化石无疑是了解恐龙的重要材料。但它们往往只能保存生物的硬质结构，而无法留住软组织。相比之下，琥珀中的动物标本能提供大量的细节。早在今年6月，邢立达和麦凯勒的团队就在琥珀中首次发现了古鸟类的翅膀。“之后我意识到，有着类似尺寸的非鸟小恐龙，也是有很大的几率会出现在琥珀之中的。”邢立达说。

这一次，他们找到的是一段展开后长约6厘米的非鸟恐龙尾巴。他们推测，这只恐龙的全身长度也只有18.5厘米。“当时还是非常激动的。”邢立达回忆说，“做这行嘛，总是幻想着能有这样的时刻，但当那一刻真的到来的时候，反而很快冷静了下来。”这截毛茸茸的尾巴包含了至少八枚完整的尾椎，它们被三维的、具有微观细节的羽毛所包围——和生前并无二致。

一小截尾巴戳出了琥珀表面（左下）。图片来源：Royal Saskatchewan Museum (RSM/ R.C. McKellar)

“我研究恐龙数十年，但不曾想有朝一日能看到如此‘新鲜’的恐龙。”，论文的共同作者之一，加拿大阿尔伯塔大学的菲利普·柯里教授说。

研究者为这件珍贵的标本起名“伊娃”。“这是我硕士导师的夫人的名字。”邢立达说，“这个荣誉送给她。”为了探清伊娃羽毛掩盖下的尾椎结构，研究团队里的中国科学院动物所副研究员白明和中国科学院高能物理研究所副研究员黎刚等人运用了多种无损成像和分析手段来进行研究。

琥珀中恐龙尾巴的微CT扫描图像。图片来源：Lida Xing

利用这样的3D重建图像，研究者们得以通过尾巴推测这条小恐龙的身份。“这只非鸟恐龙的尾部长且灵活，羽毛沿着椎体有规律地分布。”邢立达指出，这些尾椎没有融合成尾综骨或棍状尾（这样的情形常见于现生鸟类及与它们最近的兽脚类亲戚，如驰龙类），从骨骼形态上看，它与典型的虚骨龙类恐龙（coelurosaur）类似。加上来自羽毛的提示，研究者推断伊娃属于虚骨龙类下的一个演化支——手盗龙类（Maniraptora）。这类恐龙有着细长的手臂、半月形的腕骨和三指形的手掌。从大小上看，伊娃标本尺寸与一种1.6亿前生活在中国华北地区的手盗龙类——近鸟龙（Anchiornis）相近。近鸟龙的体长仅约34厘米，重约110克。

但是，“基于目前的骨骼形态，我们尚且无法判断伊娃标本是幼年个体或成年个体。”论文的共同作者之一，台北市立大学运动能力分析实验室的曾国维教授指出，“至于伊娃标本的死因，目前我们也不好推断。”他表示，伊娃标本没有挣扎的迹象，也无明显的皂化外观，提示标本在被树脂包裹时已经死去。“但标本并没有明显的腐败特征，说明它可能刚刚死亡，是一具相对新鲜的遗骸。”他说。

琥珀中恐龙尾巴的主“龙”生前可能长这样。图片来源：CHEUNG Chung-tat and LIU Yi

羽毛，能告诉我们什么？

无论这只小恐龙是什么时候因什么死去，它都给今人留下了丰富的遗产——其中之一，便是它尾巴上那被琥珀妥善保存下来的羽毛。伊娃的羽毛保留有色素的痕迹，它的尾部上表面整体呈栗色，下表面呈苍白或白色。

“从羽毛角度，伊娃标本要更原始一些，介于似鸟龙类与尾羽龙类之间。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员徐星表示。

恐龙尾巴羽毛上可见许多羽小枝。图片来源：Royal Saskatchewan Museum (RSM/ R.C. McKellar)

“更重要的是，这些羽毛并没有发达的中轴（羽轴），却具有许多羽小枝。”邢立达介绍说，这为羽毛演化发展模式中一个悬而不决的问题——羽小枝和羽轴谁先演化出来——提供了一点线索。“羽毛的分支结构表明，现代羽毛分枝中最细小的两层——羽支和羽小枝——是在鸟类演化出羽轴之前就已经出现了的。”他说。

更多装着恐龙的琥珀在哪里？

除此之外，研究团队分析了伊娃标本中的微量元素分布图。“伊娃标本的断面出现了高度富集的铁元素，近边吸收谱分析表明其中80％以上的铁样本为二价铁，这些是血红蛋白和铁蛋白的痕迹。”黎刚说。更多的后续研究还在进行中。

“我们的发现表明，琥珀可以为沉积岩中的恐龙化石记录补充大量信息，是个非常值得大力研究的新信息来源。”邢立达说。伊娃来自缅甸北部的克钦邦胡康河谷。“我们非常期待看到这个地区的其他发现会怎样重塑我们对恐龙和其他脊椎动物的羽毛和软组织的理解。”

虽然伊娃的“年纪”太大，我们无法用它让电影《侏罗纪公园》中的场景成真，但“通过观察多个类群，一系列生命阶段和更完整的骨骼材料，我们或许还可以进一步提升现有知识。”邢立达透露，“我们的下一步工作是寻找更多材料并分析现有的标本，以便更深入地了解标本的保存方式，以及还能这些琥珀中得到哪些其他细节。”

今年6月，一则“中外科学家首次公布琥珀中的古鸟类标本”的新闻震惊世界，6个月后还是这个团队，向世界宣布了一条更加惊人的消息：

他们在琥珀中发现了有史以来第一件恐龙标本！一段长6厘米、9900万年前、包含羽毛等丰富细节的恐龙尾巴第一次展现在人类面前。

琥珀中的标本直接来自动物本身，对动物羽毛等细节的保存几乎和生前一模一样，这对科学家开展羽毛形态与进化、现代鸟类研究有着重要的作用。

这件标本意味着什么？恐龙和鸟儿前世有哪些密不可分的关系？科学家如何从化石中采集进化的信息？

我们邀请中国科学院古脊椎动物与古人类研究所最年轻的外籍美女研究员邹晶梅，为我们权威解答化石、古鸟、进化问题！

世界上目前已知的中生代鸟类化石超过一半发现于中国，因此，中国是世界上研究鸟类早期演化最好的地方。

这是生活在1.2亿年前早白垩世九佛堂组的鸟类复原图，是白垩纪目前已知分化最为强烈的含鸟类生物群，也是著名的热河生物群中最早的一个阶段。

热河鸟是热河生物群中最原始的鸟类。它的原始之处在于手上长着三只爪子，类似于非鸟恐龙，还长着长长的骨质尾巴。热河鸟还有一些很有趣的特点，它长着细小的牙齿，并且在肚子的位置发现了种子，证明它是一种吃植物的鸟类。

通过研究大量的热河鸟标本，我们得以重建它的尾巴，得到一些非常有趣的信息。可以说热河鸟长着两个尾巴，一个靠近身体，另一个靠近末端。这两束尾羽协同工作，于是我们推测虽然这种鸟类非常原始，但它已经具有了相当的飞行能力。

热河生物群中最常见的鸟类是孔子鸟。它是最早牙齿完全退化而具有角质喙，同时末端尾椎愈合缩短成尾综骨的鸟类，而这是现生鸟类所具有的特征。

关于孔子鸟另一件有趣的事情是它们其中的一些有着美丽的长长的尾羽，而有些却明显没有。我们把它视为性别二态性的证据。

所以我们认为孔子鸟和现生大部分鸟类一样，雄性具有加长的装饰性尾羽，而雌性则没有。

早白垩世体型最大的鸟类是会鸟，也就是在这张复原图上正在飞翔的这只鸟。会鸟具有很有的翅膀，也就是说翼展很宽，而它的手上仅有两枚爪子。手部较短这一特征也更加接近于现生鸟类。

会鸟具有如此大的翅膀，却是唯一没有胸骨的白垩纪鸟类。而胸骨在现生鸟类中为飞行所需的大而有力的肌肉提供了必需的附着点。因此会鸟没有胸骨，使得这种鸟类究竟能否有力地飞行依然存疑。尽管我们觉得它应该是能飞的。

鸟类是保存最为稀少的化石之一。这是由于鸟类受限于飞行的空气动力学需求，通常体型较小。此外，鸟类的骨骼纤细且中空，以此来减轻飞行中的体重。鸟类的气囊也延伸至了中空的骨骼之中，从而增大氧气的摄入量，使得它们能够更加有力地飞行。

那么为什么在中国能够发现这么多无比精美的鸟类化石呢？想要解答这个疑问，我们首先必须了解化石是如何形成的。要形成化石，必须动物在死亡后尸体被迅速地掩埋而不被吃掉或被破坏掉。热河生物群代表了一种远古的火山湖泊生态系统。湖泊为河流所滋养，河流具有很高的能量，流入湖泊的同时会带入沉积物。

当这些沉积物沉到湖底，便丧失了能量沉淀下来。于是在湖泊的底部，河流带来的沉积物会持续沉积下来。由此可以想象，当一只孔子鸟飞过一个湖泊的上空，却遭遇了火山灰，因而不敌毒气落入了湖中。开始时它也许会在水面上漂浮一段时间，最终将会沉入湖底，慢慢地被河流带入湖泊中的沉积物掩埋起来。另一个重要因素在于湖底为缺氧环境，所以几乎没有任何食腐生物能够存活于此来吃掉残骸，鸟儿的尸体也就能够完好地不受扰动地得以保存。

热河生物群所在的湖泊系统存在于1.31亿年到1.20亿年前，持续了近1000万年的时间，覆盖面积相当庞大。它形成了大量的岩层可供探索，而我们目前还仅限于在表层开展工作。

古生物学家到野外寻找化石的工作流程通常是，首先找到一片具有岩层出露的区域，像图片所展示的，敲下来一大块岩石，翻过来侧面朝上，并用锤子进行敲击，它将会沿着一个软弱面打开，就像有机材料一样。

因为鸟类化石十分罕见，大多时候打开岩石时，都只能找到一些植物化石，一些昆虫或者小型鱼类，比如常见的狼鳍鱼。

因此在野外工作意味着你可能会持续工作了几个星期甚至一个月，每天在烈日下劈上十个小时的岩板，却依然令人沮丧地一无所获。当一块化石在野外被发现时，它大概是被围岩所覆盖，只有经过技艺高超的技师长时间的修理后，才能清除掉这些围岩，我们才能看到石头下面的骨骼，发现精美的标本。

然而即使我们拥有这样的幸运星，找到的化石依然十分有限。因为古生物学家们每年仅仅会在野外待上一两个月，剩下的时间都呆在办公室里。但在中国我们具有人数上的优势，大量的当地老乡会帮我们采集化石材料，使得中国拥有了世界上最多的恐龙和鸟类化石。

现在，我们已经能够知晓这些灭绝鸟类羽毛的颜色。我们在标本上取下一点点羽毛的样本在扫描电镜下观察，屏幕上就是电镜扫描的结果。

你现在看到的这些细小对称的东西就是色素体，也就是形成鸟类羽毛颜色的单个细胞体。在现生鸟类中，不同的颜色对应着不同形状的色素体。因此我们可以通过将化石中的色素体形状与现生鸟类相匹配，鉴别出化石羽毛的颜色。

对于早期羽毛的颜色，目前有据可依的复原色仅有黑色、棕色、红棕色和灰色。而这些都是基于色素体的颜色。那些鲜丽的颜色比如绿色和黄色都是结构色，在羽毛中以另一种形式形成，几乎无法可视地保存下来。然而随着古生物学家们的不断努力，新技术的不断发展，我相信在不久的将来我们就能够观测到结构色的存在。

谈到古生物学，邹晶梅这样说道：“我热爱的不仅仅是古生物学，我不会劝每个人都去做古生物学家。我所热爱的是科学本身。在科学研究的每个领域都有许多有趣的问题等待着被解决，要学习的事物不断更新，因此你永远不会觉得无聊，你会永远觉得年轻。”

很多人都觉得胖子们一身肉特别抗冻吧？其实并不是那么回事儿！要想轻松过冬，光有肥肉是不行的，你得有冷大爷这样儿的身材才行(◡‿◡)

如果是男性绑匪，挖窖养奴还说得通，两名女性绑匪，绑她来做啥呢？如果是为了贩卖人口，在路上兜兜转转22天，风险太大了，也说不通啊……这事真心太奇怪了。

题图：帕皮尼夫妇 

导语

量子计算非常有用，速度非常快，但并不容易实现，其原因之一就是量子比特纠缠会有很多噪音杂质的影响，而拓扑量子计算可以利用它的拓扑性质，来保护量子不受干扰，而马约拉纳费米子的发现向拓扑量子计算迈进了一大步 ”。

在SELF讲坛上，贾金锋教授分享了他发现马约拉纳费米子的经历，从马约拉纳费米子的提出，到马约拉纳费米子的重要意义，再到贾金锋以及他的团队如何找到马约拉纳费米子的经历，他娓娓道来，让公众感受到了科学家的不懈的探索和创新精神。

什么是马约拉纳费米子

什么是马约拉纳费米子， 要了解马约拉纳费米子，首先知道 什么是费米子 。

大家所熟知的是原子、分子，我们这个物质世界就是由这些原子、分子组成的，原子分子其实是能够保持物质性质最小的基本单元，如果把原子分子再往下分，就会分出很多个叫做基本粒子的东西。 它们 比原子分子更小的、组成我们物质世界的单元，我们叫做基本粒子 。 

一位天才的科学家—— 狄拉克 ，他把基本粒子分成两类，一类叫 费米子 ，一类叫 玻色子 。玻色和费米，他们两位都是非常伟大的科学家，为了纪念他们，所以用他们的名字命名了这两类基本粒子。

狄拉克还预言，这些基本粒子还存在反粒子，每一种基本粒子都存在一种 反粒子 。比如说电子是一种费米子，我们用的就是由电子产生的，它的反粒子就是正电子。

在这之后，又出来了一位更伟大的科学家，他叫 马约拉纳 ，被甚少称赞人的费米称之为天才的科学家。他做了这么一个预想，在狄拉克方程的基础上，他预想 存在一种粒子和它的反粒子是一模一样的，就是正反粒子都是它自身 。这个预想中的粒子被称为 马约拉纳费米子 。 

拓扑量子计算的好伴侣

为什么要找马约拉纳费米子？马约拉纳费米子它有什么好的地方，为什么大家都要去找它？一方面从理论上来讲，马约拉纳做了这样一个预言，不仅因为他是一个天才的科学家，而且这个预言本身意义非凡，找到了这个例子也就证明了这个理论。

在这个理论之后又出来了一些其他理论，比如暗物质。暗物质出来以后，有理论预言暗物质的备选粒子也是马约拉纳费米子，所以如果能够找到马约拉纳费米子，也将有助于人们理解 暗物质。 

更重要的是，找到马约拉纳费米子以后，还可以做 拓扑量子计算 。马约拉纳费米子除了在理论上、基础研究上有重要性之外，还可以用来做拓扑计算，既在理论上有重要性，在实际应用中也很重要，所以人们一直在找寻它。

马约拉纳费米子的现世——从神话降临人间

怎么找？我们需要找的马约拉纳费米子是一种准的粒子，不是像电子、质子是一个真的粒子。准粒子是说在 凝聚态这个体系里面，只有电子和原子核。在这样一个体系里面，如果你把很多个电子、原子凑在一块儿，按照某种形式把他们组合在一块儿，就有了一种特殊的性质 。这个特殊的性质可以把它看成是跟马约拉纳费米子一样，就是它遵从同样的马约拉纳方程，这样的粒子可以把它看作是一个准粒子。

它其实不是由单独的一个粒子组成，是由很多的电子、原子组成一块凑成的一个东西。我们想找的不是一个真的单个的粒子，是一个 准粒子 ，是在固体里面，我们经常提到的准粒子，它是代表很多个电子、原子共同的性质。

马约拉纳费米子是存在一种叫做 拓扑超导 的材料里面。超导体就是所有自然界的材料，它们有导电的，有不导电的，导电的叫导体，不导电的叫绝缘体。超导体电阻为0，它比一般的导体要好，就是再导电过程中没有电阻，这叫 超导体 。 

而 拓扑超导体 是拓扑绝缘体发现以后，人们发现的另外一种物质的状态，这是一种新型的超导体。但实际上自然界中我们发现了成千上万中超导体，没有一种是拓扑超导体。拓扑超导体在自然界中不存在，这就是一个很大的问题。

有一个理论预言， 如果把拓扑绝缘体和超导体放在一起，他们俩就可以再组合成拓扑超导体 。如果我们把拓扑绝缘体和超导体组合在一起，通过一种巧妙的方式把它组合起来，组合出这种拓扑超导体，就可以帮助我们寻找马约拉纳费米子了。

组超导体并不是那么容易，我们把扫描隧道显微镜和一种叫 分子数外延 的寻找材料的方法结合在一起，我们可以一个原子层一个原子层的去找原子，这样找出来的材料应该是世界上最好的纯度。

有了这些技术以后，我们就通过另外的一个实验的设计，很容易的找出了拓扑超导体，并且通过巧妙的设计，把这个拓扑超导体设计成比较有利于我们的实验观察的形式。

实验是用了 扫描隧道显微镜技术 ，这个扫描隧道显微镜是目前 唯一的能够在实空间里面看见真实原子的显微镜 ，它的放大倍数非常大。 

说起来这个显微镜很神奇，但是实际上原理很简单，它的原理就是 相当于用一个手指头在表面上去摸，原子有起伏，你就会感觉出来，但实际上不是用的手指头，而是用的一个非常尖的针，针从表面上划过的时候，我们去测量针和亚米原子之间的电流，如果真和亚米原子之间非常近的时候电流大，远的时候电流就小，这样我们可以记录表面上的高低起伏有没有原子 。

所用的这个针有 磁性 ，有了磁性以后，表面上，有磁性的原子和没磁性的原子就可以区别开来，这样我们就可以用这样一个扫描隧道显微镜既研究表面上的结构，也研究表面上的磁性。这个就叫 自旋极化扫描隧道显微镜 ，在此基础上，就可以开始我们的研究。

找到了材料，又有了高级的设备，我们还是花费了好几年的时间，因为没有人知道马约拉纳费米子到底长什么模样，和普通的超导体有什么区别。

你看见的什么东西，才是真正的马约拉纳费米子？但说起来也不是那么容易，这样摸索了好几年以后，终于我们找着了一种叫做 自旋极化电流 的东西，这就是我们用的样品，其实样品很小，这是一、二、三，三个样品，真正起作用的就是中间一小点。

在这个样品上，这就是我们做的拓扑超导样品，在这个样品上我们又观察到了自旋极化电流，确实是由马约拉纳费米子产生的。通过这个观察我们证明了马约拉纳费米子的存在。 

探索之路没有终点，实现拓扑量子计算

马约拉纳费米子的发现对我们有什么用？它可以用来做 拓扑量子计算 。量子计算非常有用，速度非常快，能够处理现有的整个世界上加起来计算能力更大的东西。

但是量子计算并不是那么容易实现的，原因之一就是 你想把所有的量子比特给它纠缠起来，然后保持它在一个相当长的时间之内完成这个量子计算很困难，有很多噪音杂质的影响 。所以量子计算到目前为止还没有实现。

为了克服这外界因素的干扰，人们就提出了另外一个实现量子计算的方法，就是 拓扑量子计算。拓扑量子计算就是利用它的拓扑性质，来保护量子比特不受干扰，使它能够不用再纠错，不用再担心退相干的问题，这样更容易的实现量子计算。

但是拓扑量子计算完全是一个假想出来的方案 ，这个方案需要结合任意子，这是更奇特的一种东西，完完全全臆想出来的任意子。只有有了这个任意子，我们才能做这个拓扑来自计算。

这个任意子也是假想出来的，自然界当中也不存在。可喜的是，我们找到的马约拉纳费米子恰恰就是一种任意子，所以马约拉纳费米子为什么能做拓扑量子计算，就是因为它是个任意子，所以它是实现拓扑量子计算的一种很好的材料。

其实在马约拉纳费米子被提出来能在 凝聚态 中能够实现的这个想法以后，各个国家已经开始布局了，欧美已经投入了大量资金，在马约拉纳费米子的研究以及拓扑量子计算的研究方面。

微软 已经从2010年开始投资这个方向，五年一个周期，现在进入到第二个周期。拓扑量子计算方法马约拉纳费米子的研究进展也非常快，国际上几十个团队都在研究这个方向。

我们能够率先找到马约拉纳费米子，是非常幸运的一件事，我们希望能够在国家的支持下，接着往前走，希望在五年到十年之内找出用马约拉纳费米子做的量子比特，然后再进一步实现拓扑量子计算。

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11月22日，号称311大地震余震高达7.4级，却只造成了个位数的轻伤。 一提到日本的自然灾害，地震当属榜首。让久居这里的人们无奈的戏称所谓“震震更健康”。从把熊本熊都吓到的九州地震，再到曾经311阴影的所谓“福岛余震”。地震成了在日本的每一个人的家常便饭。坚固的建筑、完善的救灾体系、良好的防灾意识，造就了日本震灾极少的伤亡。日本人真的不怕地震吗？日本建筑牢固到百年不破吗？今次唤之和科学气息满满的YY以及忽悠大神车淦，与大家聊聊他们在日本的地震体验。

主持：唤之      赴日十年   早稻田大学国际关系         主攻历史话题

嘉宾：车淦      赴日三年   庆应义塾大学国际关系      主攻东亚关系

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