化石将运往美国
1929年12月2日，是古人类学研究的重要时刻，北京人头盖骨被发掘出来！北京人头盖骨的发现，为从猿到人的学说提供了有力的证据。1936年，在研究人员的努力下，又传来令人振奋的消息，这一年发现了三个成年猿人的头骨化石。
1937年本是遗址发掘的黄金时期。然而卢沟桥事变之后，在周口店的挖掘工作被迫中断，但研究人员还可在设在北平协和医院的新生代研究室对化石进行整理研究。
到1941年，日美关系日趋紧张。在当时被日军占领的北平，日军开始占领中立国美国驻北平的一些机构。存放和保管北京人头盖骨化石的北平协和医院虽属美国财产，但看来也难以幸免。在这种情况下，新生代研究室决定为北京人化石找一个更为安全的存放地点。
当时有三种处理方案。第一，把化石运往抗战的后方重庆，但在战争环境下，长途运送安全难以保证；第二，在北平就地掩埋，但在沦陷区安全同样无法保证；第三，运往美国保存。从当时的情况看，第三种处理方案是最好的选择。
据古人类学家胡承志回忆，由于在合作挖掘化石时中美签的合同规定，在周口店发掘的所有化石都是中国财产，禁止运送出境。所以当时美国公使馆的人拒绝接收。后经国民政府协调，远在重庆的美国驻华大使同意并授权，驻北平的美国公使馆才接收这批珍贵的古人类化石，并准备将其安全运往美国保存。
运走前，胡承志对化石进行了精心包裹。他感叹，大概我是最后一个见到北京人化石的中国人，以后没有中国人看见或知道它的下落了。
美军队秘密押运
1941年12月5日凌晨，一列美海军陆战队专列驶出北平，据说车上装有北京人头盖骨化石。按计划列车到秦皇岛后，化石运到“哈利逊总统”号轮船，然后运往美国。
此次托运的负责人是即将离华赴美的海军陆战队退伍军医弗利，两箱化石就是被混装在他的27箱行李中被送上火车的。
弗利说：这件事在当时相当秘密。在秦皇岛，弗利的助手戴维斯负责接收这批特殊的行李。戴维斯说：我去取了那些行李，有27箱，我把它们都放在了我的房间里。
弗利等待着第二天坐“哈里逊总统”号回国。然而第二天，也就是1941年12月8日，日本偷袭珍珠港，美国对日宣战，太平洋战争爆发了。日军迅速占领了美国在华的机构，美海军陆战队在秦皇岛的兵营也被日军侵占，弗利和戴维斯成了俘虏。在天津的战俘营中，弗利他们陆续收到从秦皇岛兵营运送来的行李，但北京人头盖骨已不见踪迹。
日军的反常行为
化石是否落入日军手中？事隔半年，日本东京大学教授常谷部和助教高景东二突然在英文版的北平新闻上声称，保存在协和医院的北京人头盖骨被窃。日本人似乎传达出这样的信息：日军并没有在秦皇岛发现头骨化石。
很快，一场追寻北京人头盖骨的行动紧锣密鼓地开始了。值得注意的是日本人对追寻工作格外卖力，几乎所有参与发掘工作的人员都受到审查。
古人类学家裴文中在狱中被关了48天，他的孩子回忆了那段经历：那是1944年5月初的一个早晨……一些日本人穿着军装，带着枪冲到我爸爸妈妈住的北屋，过了十多分钟，日本人推着我父亲出去了。在日本宪兵队，追问我父亲“北京人”的下落，我父母都说：“不知道”。一说不知道，日本人就动手打，最厉害的时候还灌辣椒水，一直把我父亲灌晕过去。最可恶的是，据我父亲讲，就是临出来那一天，又来审问，说裴文中要枪毙你了，你还有什么话可说的，这儿给你留下了纸和笔，你写遗书吧。我父亲开始写起来，结果日本人哈哈大笑说，裴文中今天放你回家了。
古人类学家周国兴回忆说：当时曾经传出一个消息，这些东西已在天津找到了……之后，就莫名其妙地把很多被拘留的人都放了……如果说日本宪兵队没得手的话，怎么那么轻易地放人？
1945年8月，日本宣布无条件投降。不久日本发布的公告声称，已将劫掠到东京的一批古人类化石连同劫掠的发掘工具一起，移交给了盟军当局，以便归还中国。然而中国政府从盟军总部接收到的日本归还物品清单中，却没有北京人化石。盟军总部也应中国政府之邀，动用驻日盟军参与广泛搜寻，结果一无所获。
再次发掘周口店
1949年9月，周口店的发掘者们在找寻不到化石的情况下，又把目光投向了周口店，希望会有新的发现弥补丢失的遗憾。而此时的周口店龙骨山已是长草没膝，荆棘丛生，到处是日军暴行留下的累累伤痕，当年的办公房屋荡然无存，满山的树木也被砍伐殆尽。
发掘周口店的计划很快批了下来。9月27日，中断了12年的发掘工作重新开始。古人类学家贾兰坡和技工们先把1937年回填的土重新挖掘出来，在挖土过程中，他们获得了三颗牙齿，这是当时惟一在中国人手中的北京人化石真实标本。
此后，又陆续进行了几次发掘，获得了两颗北京人牙齿和其他动物化石。值得提到的是，1966年由古人类学家裴文中主持的发掘中，发现了一块额骨和一块枕骨，它们显然是属于同一个头骨。新发现的头骨碎片与1931年、1936年的第五号头骨的两块颞骨，拼合成一块比较完整的头盖骨。显然，它们属于同一个个体，这是目前仅存的北京猿人头盖骨的标本。
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