剑龙专家Susie Maidment正在为北美最富恐龙的岩石化石的年代划分奠定关键基础，更精密的时间安排将有望揭示这些猛兽随着时代的变迁是如何的生活以及进化的。
在怀俄明州东北部一座荒凉的山脚下，Susie Maidment敲打着她的锤子。她打碎了一块拳头大小的石块，用手指抓起了一小撮放在舌头上，“粉质的，”她宣布到。
Maidment的研究生Joe Bonsor在写字板上记好笔记，然后把一块石头靠近他的脸部，通过手持放大镜斜视着它。这层下面有稍大的沙粒，Maidment说道，这意味着这两层是在不动环境下形成的。这是两位古生物学家从英国过来开展这项工作的众多数据之一：从当时岩石形成的细节中，逐步推测出侏罗纪晚期的历史。
在这个六月的日子里，我们周围的小山上到遍布着布满灰尘的多刺梨果仙人掌，刺柏，杜松树和山艾树。蝎子和响尾蛇是最直接的威胁。但在侏罗纪晚期，溪流和池塘会冲过这片土地，恐龙——这种让Maidment和Bonsor如此着迷的生物——会让猎物在其阴影中四处奔跑。
沿着道路，我们停下来，围在一块两英寸的化石碎片边，这是Bonsor从这些早已逝去的动物的干瓦砾中捡到的。Maidment指出，在侏罗纪晚期，陆地上生活的每一个体型超过一米的生物都可能是恐龙，也就是说任何拥有这么厚一块骨头的生物都有可能是恐龙。“如果它很大而且是侏罗纪的，”她说，“那肯定是一块恐龙骨头。”
近年来，恐龙研究一直在稳步前行，这得益于新的化石发现和不断改进的化石扫描技术，改变了科学家对这些主宰地球生态系统超过1.3亿年动物的理解方式。但它们自己的化石仅仅只能揭示很多关于全局的问题。比如说，在鸭嘴龙的头冠或剑龙的骨骼上的差异是代表是随着时间进化，还是同时代的雌雄差异？如果是随着时间的改变，进化花了多长时间，是什么导致了这种改变？在地球的什么地方恐龙是普遍存在且种类繁多？它们的猎物是什么，它们在什么样的地形上生存？发掘更多的化石并不能告诉你所有这些。更多的时候，答案在骨头周围的岩石上。许多情况下，这些岩石没有被很好的研究。
伦敦自然历史博物馆的古生物学家Maidment正在推动改变这种状况，至少在北美的侏罗纪晚期。今年夏天，她和Bonsor与一个国际组织中的古生物学家合作，开展一个被称为侏罗纪任务的恐龙挖掘任务，旨在挖掘新的博物馆标本和探索周围的沉积物以获得更深入的细节。他们在莫里森组工作，这里产生的侏罗纪恐龙骨骼的岩石比大陆上任何岩石都要多。Maidment的最终目标是：建立莫里森历史上第一个完整的年表，绘制出地形是如何随时间变化的，以及不同的化石是如何融合在一起。
只有建立了这个框架，研究人员才能真正开始梳理出相互关系，以及这些晚侏罗世恐龙是如何进化的。“我们认为恐龙是非常非常有名的，”Maidment说道，“但事实上他们根本没那么出名。”
你最喜欢的剑龙
绘制莫里森组的年表并非易事。莫里森组从南部的新墨西哥和亚利桑那州一直延伸至蒙大纳北部，约120万平方公里。由于是莫里森组，这些挑战值得攻克。“这些岩石里有你最喜欢的恐龙，”Maidment说，其中有剑龙、双龙眼和雷龙等耳熟能详的种类。“所有的恐龙在你7岁的时候就认识了。”
现年38岁的Maidment专注于剑龙研究，并在这一类恐龙方面成为世界领先的专家之一。2015年，她领导的团队描述了迄今为止发现的最完整的剑龙骨架——一个来自莫里森组的标本（尽管她没有参与挖掘）。
2006年，作为剑桥大学的一名研究生，她第一次参观了富有成果的莫里森组，此后又返回了五次，研究化石层，并调查了莫里森的古代环境历史。“这将是她能带来的震惊的资料，”印第安纳波利斯儿童博物馆（Children’s Museum of Indianapolis）和曼彻斯特大学（University of Manchester）的古生物学家Victoria Egerton说，她是侏罗纪任务挖掘的主要组织者之一。
Maidment还为这项研究带来了有点不同寻常的组合，她的古生物学实验室工作的声望加上对野外地质学的丰富知识——她在伦敦帝国理工学院（Imperial College London）读地质学本科时获得的经验，以及在2009年进入伦敦自然历史博物馆（London’s Natural History Museum）之前在一家石油公司担任地质学家的经验。
Maidment和同事在莫里森进行的地质工作表明，它形成于900万年的历程，大约在1.56亿到1.47亿年前。但是除此之外，研究人员对岩石中各层的年代仍缺乏了解。所以古生物学家们把这些化石归到一个时间单位。Maidment说，这种做法会导致有严重的有缺陷的解释。
例如，对莫里森化石的研究已经开始揭示在南部发现的骨骼与在北部发现的类似骨骼之间的差异——包括Maidment研究过的剑龙。但是，如果不确定这些化石的年代，研究人员就无法知道它们的差异是代表了随时间的变化，还是代表了同一时期基于地点的差异。这是一个重要的区别，因为研究人员要建立家谱，并试图了解恐龙进化的更广泛的历史。
Maidment说“如果你把时间分为1000万年，你就把一大堆不同的生态系统和不同的动物混在了一起，而这些动物是不可能生活在一起的。”顺便提一下:人类、大猩猩和黑猩猩是在1200万年的进化过程中从同一个祖先进化而来的。
美国自然历史博物馆（Natural History Museum）Maidment的同事、研究世界其他地区脊椎动物化石的古生物学家Anjali Goswami说，建立一个强有力的时间轴是解开莫里森号的关键，而Maidment在这里的活动至关重要。“我们试图估计的误差确实很大。她做了很多非常耗时的工作，试图纠正这些错误。”
古生物学家Anjali Goswami是Maidment在自然历史博物馆的同事，他研究世界其他地方的脊椎动物化石。他谈到，建立一个强有力的时间轴是解开莫里森组的关键，而Maidment在这里的工作至关重要。“我们预估的误差非常大。为了纠正这些错误，她做了很多非常耗时的野外工作。”
野外调查包括收集地质学家所称的地层日志的艰苦工作：从岩石表面的底部到顶部(从最久远的沉积物到最新的沉积物)一英寸一英寸地观察沉积层(或地层)——有时跨越数百英尺的石头。这就是为什么Maidment把泥沙塞进嘴里的原因(一种常见的泥沙大小的地质试验)，以及过去七年里她在莫里森耗费了多少时间。
活动缓慢但有节奏:延长卷尺;注意你在岩石表面的位置，以及你离上一层有多远;用你的石锤敲开一层;让样本尽可能靠近你的脸，同时仍能在你的手镜下聚焦;注意沉积物的大小和层的质量;如果你愿意的话，放一些到嘴里去。
记下笔记，与你的野外搭档交换意见，以确认你对观察结果的解释，然后直接进入下一层。如果有植物或其他障碍物挡住了去路，则沿直线向右或向左绕行，找到下一个暴露良好的区域，然后向上推进，在地质时间上向前推进。
在野外笔记本中，最终的产品看起来就像一个垂直的条形码，上面装饰着一些符号，这些符号表示沉积物的大小、岩层的厚度以及这些岩层可能代表的古代环境。波浪层通常形成在水里，那里的沙子可能会产生涟漪，所以它们可能代表河床或海岸线。平坦的地层可能代表一个平静的环境，就像湖底。沙子和淤泥在水中比粘土下落得快，粘土一般位于潮汐和水流减弱的地方。
单独使用这些条形码并没有多大帮助。单个纹波层可以在许多不同的环境中形成，甚至可以是一条小溪流。但是，在一个地区收集了大量的条形码后，科学家们可以开始在相应的图层上寻找图案，建立联系，并雕刻出一幅三维图，展示了在从潮湿到干燥再到从海岸到河流，每一个迭代都在下一个迭代的上面分层。
自2012年以来，Maidment在莫里森收集了20多份地层记录，并努力将它们与其他人多年来收集的245份地层记录进行对比。虽然收集它们是许多科学家几十年来所做的巨大努力，但Maidment是第一个将它们整合到一个连贯的框架中的人，这项工作已经被人们所接受，发表在Journal of Sedimentary Research。
“她在这方面的推进工作是其他人没有做到的。” 牛津大学的古生物学家Roger Benson说道 ,他去年写了一篇文章发表在2018 Annual Review ofEcology, Evolution, and Systematics，主要是关于恐龙生物学和进化中挥之不去的未知数。他把深入研究的莫里森岩石某种程度上看作是罗塞塔石碑，而对其他同时代研究较少的岩石来说，Maidment的发现可能有助于揭开侏罗世晚期恐龙的故事，不仅仅是在北美，而且在其他地方。他说:“她所做的工作非常重要，是基础性的工作。”。
从开始就着迷
当我们驱车沿着一条土路驶向侏罗纪任务挖掘地点，经过几个警卫，穿过几个牧场的铁丝网，Maidment描述了她数十年来致力于解开恐龙的故事。
她的童年是在英格兰南部的侏罗纪海岸的悬崖上收集菊石化石度过的，但她对恐龙的迷恋可以追溯到一次在六岁时和她祖父的谈话,当时他问她长大时想成为什么的人。“我在科学家和公主之间摇摆不定，”她面无表情地说。她的祖父是一名电气工程师，他温和地推荐了科学家。她不确定在科学上有什么选择，但她知道自己喜欢恐龙，所以他建议她研究恐龙。从那时起，这就是她的追求。“这一直是我想做的”她说。
我们到了挖掘现场，我加入了Bonsor，他和一群其他学生蹲在一起。他们跪在垫子上，有条不紊地清理积满灰尘的地层，挖掘蜥脚类动物的遗骸——一种长颈长尾的食草动物，来自一群有史以来生活在陆地上最庞大的动物。
Bonsor用金属泥铲铲掉一堆泥土，用剃刀片刻出更详细的细节，他遇到了一个具有明显的红色骨骼的物体。“这一直是我的目标。” 他凝视着他第一次看到的恐龙，说道。“这一秒一直是我的人生目标。”
发现新化石的诱惑当然也激励着Maidment。但她说，她经常发现的沉积物甚至比恐龙更具诱惑力——尤其是如果它们含有可确定年代的物质。
用这种材料确定岩石的位置并不容易,艾伯塔省皇家泰瑞尔博物馆(Royal Tyrrell Museum)的退休地质学家David Eberth说，他在加拿大进行了大量研究年代较近富含恐龙岩石的工作，“你必须去岩石能与你交流的地方。”
Eberth指的是含有矿物锆石的岩石，这是科学家用来确定地球最古老遗迹年代的首选材料。微小的锆石晶体之所以特别有用，有两个原因：它们很坚固，可以在数百万年内保持完整，而且含有放射性元素铀。铀以已知的速率衰变为铅元素，因此研究人员可以测量锆石中铀与铅的比率来计算其年龄。
锆石在火山中形成，所以研究人员在古老的火山灰层中寻找它们。
它们形成后不久就被埋在那里。但火山灰并不总是整齐地落在化石床旁，而且试图从火山灰沉积物中提取锆石也颇具挑战性。由于锆石的开采成本高、开采难度大，导致莫里森地区存在大量缺乏锆石的地质遗迹。这就是地层日志有助于确定化石年龄的地方: 虽然有些化石遗址中可能没有锆石，但却存在于其他地方，地质学家可以通过将一个沉积层的年龄与岩层中其他已知年龄的相应层相关联来推断其年龄。像这样工作，Eberth说，“绝对是理解我们所看到的莫里森的作品的关键。”
但你需要的不仅仅是锆石日期和地层日志，他补充道。有时，看似对应的层看起来很相似，但实际上并不匹配；这种相似可能是巧合。“你看不出来，”他说。“你需要一个庞大的多学科工具包来告诉你”——包括来自沉积物层的其他证据。
研究人员还通过观察岩石中不同元素的比例来关联地层化学-化学地层学。他们还仔细记录了地层中磁性矿物颗粒的方向——磁性地层学。只有当这些多重证据相匹配时，科学家才能确定岩层形成的时间。“然后，”Eberth说，“你就开始把动物放在进去。”
在过去的野外季节，Maidment收集了莫里森岩石的岩芯进行磁地层学研究，收集火山灰样品用于锆石分析。这一次，她正在密切关注更多的火山灰层。此外，她一手拿着卷尺，一手拿着手镜，全神贯注地收集新的地层记录的观测数据，然后将这些数据传输到电脑上，并将这些数据添加到逐步增多的从整个地层中收集的数据库里。
Maidment将所有现存的莫里森记录汇编成一个完整的框架，这将有助于充分利用她和同事多年来收集到的相对较少可靠的锆石数据。“这将是一个巨大的贡献，”来自波士顿学院(Boston College)的 Kenneth Galli说道，他的团队曾经从莫里森收集了锆石并对其进行了分析。
苏格兰格拉斯哥大学（University of Glasgow）的沉积学专家Amanda Owen说，通过弥合地质学和古生物学之间的鸿沟，她填补了其他人不一定能适应的利基市场，他对莫里森组进行了广泛的研究，她的地层日志为Maidment的年表提供了信息。
远古时代的味道
当Maidment，Bonsor和我继续我们的上山之路，以完成他们的当天日志，Maidment敲碎一块灰色的石头，并递给我一块。我把它拿到面前，注意到这是一种非常熟悉但又有异味的气味——一种潮湿的、麝香的湖水味。
令人难以置信的，Maidment证实了岩石在形成数百万年之后，仍然保留着它们起源时的气味。我其实可以拿着一片伯恩湖。令人难以置信的是，岩石在形成数百万年后仍能保留其起源的气味。我真的可以拿着一块湖水。
不久之后，预报的乌云降临，我们赶回中心挖掘地点寻找掩护。但是我们的思想仍然停留在侏罗纪。“非常放松，”Maidment谈到收集的日志的感官体验：岩石的味道，沉淀物的味道。“我喜欢这样做。”
在即将到来的雨水将我们踢出挖掘现场之前，在其中一个化石采石场周围形成了一片嘈杂声。保罗伦敦博物馆的古生物学家肯里克发现了一块长如缩略图的碎片。
在大雨来袭之前，化石采石场周围一片嘈杂。来自伦敦博物馆的古生物学家Paul Kenrick发现了一块指甲大小的碎片。
Maidment检查了手指之间的发现，并初步确定它是一块股骨。根据它的弯曲度，她认为它可能来自一种小型兽脚类动物——一种食肉恐龙，比研究小组一直在挖掘的蜥脚类恐龙小很多。
“小东西不太出名，更罕见。” 人们挤在一起看它时，她说。“这说明这里还有别的东西。”
当我们挤进卡车，在泥泞的道路变得湿滑和无法通行之前，雨就开始下了。当我们离开时，这些骨头会在第二天把团队带回来，但正是周围的这些岩层会让骨头复活。
雨开始下了，在路还没滑到无法通行之前，我们挤上卡车，沿着土路往下开。当我们离开时，我们开车嘎吱嘎吱的驶在未被发现骨头的岩石床上。这些骨头将会在第二天把团队带回来——但是周围的岩层将会使这些骨头变得有趣。
编者注:该文本已于2019年8月15日修正，以更正地质学家Kenneth Galli的单位。他现在波士顿学院。
Laura Poppick 是缅因州波特兰的自由职业科学和环境记者。作为一名前地球科学家，她还把沉积物放进嘴里，花了好几个小时收集地层日志。Twitter: @laurapoppick