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“做古生物研究，特別要坐得住冷板凳。”中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員殷宗軍說(shuō)。十多年來(lái)，他始終專(zhuān)注于這個(gè)冷門(mén)學(xué)科，希望揭開(kāi)化石背后隱藏的動(dòng)物演化歷史。這份堅(jiān)持源于熱愛(ài)，也來(lái)自于科研的進(jìn)展、院所的支持。

一個(gè)個(gè)直徑1毫米左右的微小化石，被小心翼翼地從巖石中分離出來(lái)后，放到顯微鏡下，使用超高分辨率X射線(xiàn)顯微斷層成像技術(shù)進(jìn)行三維掃描，化石的立體結(jié)構(gòu)就在顯示儀上得以重構(gòu)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，就可以揭開(kāi)化石背后隱藏的動(dòng)物演化歷史。

這是中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員殷宗軍每天的工作。這位35歲青年科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，采用最新三維無(wú)損成像技術(shù)，掃描了300多個(gè)旋孔蟲(chóng)化石標(biāo)本，顯示旋孔蟲(chóng)的內(nèi)部存在細(xì)胞分裂現(xiàn)象——這種發(fā)育方式，與動(dòng)物胚胎早期發(fā)育非常類(lèi)似。“6億年前的甕安旋孔蟲(chóng)，是現(xiàn)代動(dòng)物的遠(yuǎn)古近親。”近期，他在《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表的一篇論文中，給出了這樣的結(jié)論。

“這是我對(duì)‘達(dá)爾文之困’的一個(gè)初步回答。”殷宗軍說(shuō)。個(gè)頭不高、思維活躍、語(yǔ)速極快，衛(wèi)衣上印著“自律給我自由”，像極了他一貫的行事風(fēng)格。十多年來(lái)，這項(xiàng)研究和他的夢(mèng)想，從未停止。

熱愛(ài)，執(zhí)著于動(dòng)物起源之謎

2006年，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)大三學(xué)生殷宗軍放棄本校的研究生保送資格，選擇了考研——向中科院南京地質(zhì)古生物研究所這個(gè)全國(guó)古生物研究高地發(fā)起沖擊。

為什么有這樣大的決心?這和他為自己定下的研究道路有關(guān)。殷宗軍從小生長(zhǎng)在大別山區(qū)，姐姐送給他一套《小學(xué)生自然百科》，“這套書(shū)共6本，我最喜歡《地學(xué)》和《動(dòng)物》，一個(gè)講了地球上的巖石礦物、名山大川，一個(gè)從遠(yuǎn)古動(dòng)物講到人類(lèi)誕生。我愛(ài)不釋手，書(shū)很快就翻爛了。”殷宗軍說(shuō)。

地學(xué)與動(dòng)物學(xué)交叉，不就是古生物學(xué)嗎?許多年后回頭看，他意識(shí)到，科學(xué)的種子在那時(shí)就已悄悄種在了心間。

考大學(xué)時(shí)，殷宗軍填報(bào)了地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)。師兄師姐說(shuō)，地質(zhì)學(xué)這個(gè)專(zhuān)業(yè)的本科畢業(yè)生最吃香、有“錢(qián)途”，反而是往上讀古生物學(xué)的碩士、博士，越來(lái)越冷門(mén)。但殷宗軍卻早早決定要讀研。他在課堂上了解到，達(dá)爾文曾提到一個(gè)挑戰(zhàn)進(jìn)化論的難題：絕大多數(shù)現(xiàn)代高等動(dòng)物的祖先，在5.41億到5.18億年前的寒武紀(jì)早期，以大爆發(fā)的形式突然出現(xiàn)在地層中，這一現(xiàn)象后世稱(chēng)之為“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”;而寒武紀(jì)之前地球的漫長(zhǎng)歷史中，卻缺乏與動(dòng)物相關(guān)的化石記錄。

對(duì)此，達(dá)爾文的解釋是化石記錄保存的不完整性，寒武紀(jì)之前的動(dòng)物可能沒(méi)有留下化石記錄。這個(gè)解釋在此后100多年里引起了很大爭(zhēng)議，被稱(chēng)為“達(dá)爾文之困”。“100多年過(guò)去了，‘達(dá)爾文之困’怎么還是個(gè)謎?”殷宗軍給自己定下的目標(biāo)就是，當(dāng)科學(xué)家，探究知識(shí)的邊界。

鉆研，探究微小化石里的生物密碼

帶著追問(wèn)，殷宗軍來(lái)到南古所進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。他選擇的目標(biāo)是甕安生物群。

甕安生物群，主產(chǎn)于貴州甕安北斗山含磷地層，以磷酸鹽化方式保存著6億年前的化石，誕生于寒武紀(jì)大爆發(fā)以前。因此，這座可能保存了全世界最古老動(dòng)物的化石庫(kù)，被學(xué)界視為“動(dòng)物世界的黎明”。

“2006年夏天，我從北斗山采了幾百斤石頭，打包發(fā)往南京，大海撈針一樣尋找化石。”殷宗軍記憶中，那個(gè)夏天非常炎熱，他先用化學(xué)方法將幾百斤石頭融化，再在殘?jiān)幸稽c(diǎn)一點(diǎn)尋找化石，用顯微鏡觀察。因?yàn)榕率^殘?jiān)伙L(fēng)吹散，也不敢開(kāi)電扇。

終于，殷宗軍找到了大量從未見(jiàn)過(guò)的化石。其中有一種化石十分特別，直徑只有不到1毫米、外形很像現(xiàn)代動(dòng)物胚胎、表面上長(zhǎng)著螺旋狀線(xiàn)圈，這就是后來(lái)被稱(chēng)為“甕安旋孔蟲(chóng)”的化石。

通過(guò)顯微鏡和掃描電鏡，觀察分析新發(fā)現(xiàn)化石的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)完成畢業(yè)論文來(lái)說(shuō)就足夠了。但神秘化石內(nèi)部是什么結(jié)構(gòu)?它們究竟是動(dòng)物、植物，還是藻類(lèi)?這些還需要深入研究。

“我想從事感興趣的研究，只有一條路走到底。”殷宗軍說(shuō)。碩士二年級(jí)時(shí)，他接受遴選并獲得了直接攻讀博士學(xué)位的機(jī)會(huì)。

這些化石標(biāo)本非常微小，當(dāng)時(shí)最薄的刀片都比它們厚。想要重現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就要采用醫(yī)院里CT掃描儀那樣的專(zhuān)業(yè)設(shè)備。當(dāng)時(shí)，歐洲擁有世界上最先進(jìn)的同步輻射加速器，能掃描微米級(jí)別的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。讀博階段，殷宗軍申請(qǐng)到法國(guó)留學(xué)，帶著幾千枚樣本，去探究小小化石中的生物密碼。

但即便有了設(shè)備，“做CT”也不是易事。這種大型科學(xué)裝置并非為掃描微體化石量身定制，因此用來(lái)給微體化石“做CT”時(shí)，掃描方法和諸多參數(shù)都要反復(fù)摸索和調(diào)整。例如光源設(shè)定，太弱了信號(hào)穿不透，太強(qiáng)了則易過(guò)曝。

“學(xué)習(xí)了幾個(gè)月，才掌握掃描技術(shù)。遺憾的是，甕安旋孔蟲(chóng)化石有很厚的囊包，內(nèi)部結(jié)構(gòu)大多已經(jīng)腐爛，所有樣本都沒(méi)有掃描到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也就無(wú)從了解它究竟是什么。”好在留學(xué)期間殷宗軍還有其他收獲：通過(guò)掃描帶來(lái)的其他樣本，發(fā)現(xiàn)了最早的海綿動(dòng)物、最早的胚胎化石……

這些研究，離回答“達(dá)爾文之困”還有一段距離。“我們不能每次都千里迢迢跑到歐洲，用別人的機(jī)器去掃描化石。”殷宗軍開(kāi)始思考，要有先進(jìn)技術(shù)，讓自己的團(tuán)隊(duì)來(lái)給化石“做CT”。

創(chuàng)新，讓前沿技術(shù)助力古老學(xué)科

把先進(jìn)的同步輻射加速器“搬”回來(lái)，并不現(xiàn)實(shí)。沒(méi)別的路，只能依靠創(chuàng)新。

在南古所支持下，2012年博士畢業(yè)留所后，殷宗軍著手建立化石顯微CT實(shí)驗(yàn)室，并于2015年建成。走進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室，儀器設(shè)備一應(yīng)俱全：硬件上，有“CT機(jī)”、顯微鏡、圖形工作站、數(shù)位屏;軟件上，有各類(lèi)專(zhuān)業(yè)的圖像數(shù)據(jù)處理和三維可視化工具。它不僅用于甕安生物群化石的研究，也支撐了琥珀中昆蟲(chóng)多樣性、森林的起源等古生物學(xué)其他課題的研究。

“這個(gè)實(shí)驗(yàn)室有原始創(chuàng)新，也有集成創(chuàng)新。”殷宗軍介紹，正在申請(qǐng)專(zhuān)利的多樣本掃描技術(shù)就是一項(xiàng)自主創(chuàng)新。“人工將樣本逐個(gè)放到樣品臺(tái)上掃描，費(fèi)時(shí)耗力，如果能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不間斷掃描，就可以幫助科研人員騰出手，大幅提高設(shè)備利用效率。”殷宗軍說(shuō)，前沿信息技術(shù)與這門(mén)古老學(xué)科可以碰撞出火花。他通過(guò)軟件設(shè)定參數(shù)和程序，讓樣品臺(tái)不僅“知道”每個(gè)樣本的掃描時(shí)間和方式，還可以“找到”排著隊(duì)的下一個(gè)樣本，并且將它“請(qǐng)上臺(tái)”。

去年6月，甕安旋孔蟲(chóng)化石研究有了突破性進(jìn)展，經(jīng)過(guò)對(duì)化石內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生物學(xué)信息的分析，證實(shí)了它們是單細(xì)胞生命，屬于動(dòng)物的“姐妹類(lèi)群”，據(jù)此可以了解動(dòng)物共同祖先的生物學(xué)信息，這對(duì)理解第一個(gè)動(dòng)物究竟從何而來(lái)，提供了重要化石信息。

“做古生物研究，特別要坐得住冷板凳。我之所以能堅(jiān)持下來(lái)，除了自身的熱愛(ài)，也在于院所的無(wú)條件支持，以及研究過(guò)程中的一項(xiàng)項(xiàng)進(jìn)展，讓年輕科學(xué)家在起步階段就可以大展拳腳，品嘗到成功的喜悅。”殷宗軍說(shuō)，動(dòng)物演化的真相正在逐漸顯現(xiàn)，“達(dá)爾文之困”終有一天會(huì)徹底解開(kāi)。

《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2021年01月13日 12 版)