志存高远 琨玉秋霜——记青年古生物学家盖志琨

(化石网)据《自然资源科普与文化》:盖志琨 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员,博士生导师,Historical Biology编委,主要从事早期脊椎动物的起源、演化及相关生物地层、古动物地理的研究工作。2012年在美国罗利获国际古脊椎动物学会颁发的发展中国家青年科学家奖;2014年荣获中国科学院卢嘉锡青年人才奖;2016年入选科技部创新人才推进计划重点领域创新团队;2017年入选中国科学院前沿科学重点研究计划青年拔尖科学家;2021年入选科技日报中国科技青年力量。

凌晨四点,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称“中科院古脊椎所”)的办公楼总有一盏灯在此刻点亮。路过的学子们都知道,盖志琨老师已经开始新一天的工作了。盖志琨,一位40出头的科学家,2012年学成归国后,除野外科考之外,他十年如一日地在凌晨四点走进办公室,一头扎进4亿年前的古鱼类化石里,一丝不苟地在这些沉默不语的化石中间寻找着生命演化的蛛丝马迹。凌晨四点的灯光不仅成了中科院古脊椎所的一道风景,也点燃了学子们对科学研究的执著与热爱,十年的潜心钻研、不懈探索,重大研究成果相继获得,盖志琨渐渐被人们熟悉,入选《科技日报》“2021年中国科技青年力量”。

自幼立志 结缘古鱼

1978年,全国科学大会在北京隆重举行,盖志琨这一年出生在一个盛产黄金以“金都”闻名全国的地方——山东省招远市。盖志琨家境并不富裕,父母是当地农民,生活贫困而艰辛。为了生计,盖志琨从读书起就习惯在学习之余帮助父母做力所能及的农活,放牛、种庄稼、割麦子,样样精通。小小年纪的他就立志要发奋读书改变命运。他以蒲松龄“有志者,事竟成,破釜沉舟,百二秦关终属楚;苦心人,天不负,卧薪尝胆,三千越甲可吞吴”自勉。他把这句话写在日记本的扉页,以此点燃生活的激情,激励他走过那段艰辛岁月。

1998年,盖志琨参加了高考,考入山东矿业学院(现山东科技大学)。在大学里,他除了努力学好英语和专业知识以外,还完全依靠自学,通过了国家计算机三级考试,为日后的专业发展打下了坚实基础。2002年,盖志琨考入中科院古脊椎所攻读硕士学位,师从著名古鱼类学家朱敏,开始从事中国的盔甲鱼类研究。盔甲鱼类是东亚地区4亿多年前特有的一种“戴盔披甲”甲胄鱼类,目前只发现于中国和越南北部,因此盔甲鱼类在西方学者眼中一直是个很神秘的古鱼类群。早在1913年,我国著名地质学家丁文江就在云南曲靖发现盔甲鱼化石(当时认为是“头甲鱼”),因此,盔甲鱼类在中国已经有100多年的发现史。在刘玉海、王俊卿、王念忠等老一代古鱼类学家的努力下,盔甲鱼类已经建立起亚纲一级的分类单元。20世纪90年代末,老一辈古鱼类学家陆续退休,盖志琨正是这时走进盔甲鱼类研究大门的。这条科研之路既孤独,又幸运,盖志琨就这样懵懵懂懂闯入,阴差阳错地与盔甲鱼结缘。当时的他还不能真正清楚自己对这个领域是不是有兴趣,但他始终坚信一个简单的道理:“你要先把事情做到极致,才能谈是不是有兴趣。”

冷门独行 矢志不渝

盔甲鱼是与有颌类亲缘关系非常密切的一个类群,处在早期脊椎动物演化的一个关键节点上,能够为有颌类起源的很多重大演化事件提供关键化石证据。盔甲鱼类的化石又绝大部分发现于中国,因此,中国在解决一些重大的演化问题上有着得天独厚的优势。然而,与欧美的骨甲鱼类相比,中国盔甲鱼类研究比西方整整晚了半个世纪。因此,盖志琨在接手盔甲鱼研究的时候,虽然当时已经发现了五六十种盔甲鱼类,但他依然面临两大历史遗留的世纪难题,即盔甲鱼类的脑颅内部解剖和头后身体解剖。2003年春节刚过,北京春寒料峭、乍暖还寒,盖志琨在导师带领下,驱车南下,前往浙江长兴开展野外调查。此后,盖志琨每年都要独自一人前往浙江长兴一带寻找化石,在那里一待就是几个月。那时的科研经费还非常紧张,在野外租不起越野车,为了节约开支,他就住在老乡家里,老乡管吃管住,一天30块钱,外出时就和老乡借辆自行车,骑着车去化石场采化石。经常是采石工人在前边采石头,他就跟在工人后面捡化石,灰头土脸地一捡就是好几年。

志存高远 琨玉秋霜——记青年古生物学家盖志琨

2005年,盖志琨(前)在宁夏晚泥盆世地层进行野外挖掘

功夫不负有心人,终于在2006年有了重大发现,在一个叫小浦的地方找到了一种最原始的真盔甲鱼化石,后来将其命名为“曙鱼”。读研期间,盖志琨完成对曙鱼外部形态的再研究工作,并完成了世界上第一个对盔甲鱼亚纲的系统发育分析,一度受到西方学者的关注。由于表现优秀,盖志琨也顺利拿到了免试直接攻读博士的机会,依然师从朱敏先生。同时,这些珍贵的曙鱼化石都是有软骨的脑颅保存的标本,为解决颌起源的问题提供了一些关键材料。但是,这些化石的标本非常小,只有指甲盖大,化石的内部是肉眼看不到的,想要研究化石的内部结构,只能借助于一种大科学装置——同步辐射显微成像设备进行扫描,但当时我们国家的同步辐射技术还没有发展起来,这个研究不得不搁置了。

2006年,一个由英国皇家学会提供全额奖学金的留学机会突然降临,经导师朱敏先生的推荐,盖志琨获得了到英国布里斯托大学攻读博士的机会,等待已久的解决盔甲鱼脑颅内部解剖的机会终于来了。这些标本后来被他带到了瑞士光源中心进行了同步辐射高精度扫描。盖志琨在实验室夜以继日地做着研究,他每天凌晨开始长达16个小时的工作,用了近三年时间,一笔一笔描绘了近3万张模糊不清的二维图片,终于在曙鱼只有指甲盖大小的脑颅中,三维虚拟复原出所有的解剖构造,包括脑区、神经、血管、内耳,鼻囊,等等。他以曙鱼脑颅解剖三维复原为基础,完成了长达400页的博士论文。至今,论文仍存放于他办公室最醒目位置,他将其视为代表作品激励他向更高的目标奋进。

此项研究显示:盔甲鱼的脑颅在颌的起源之前已经发生了关键性变化,成对鼻囊位于口腔两侧,垂体管向前延伸,并开口于口腔,与七鳃鳗和骨甲鱼类的鼻垂体复合体完全不同,而与有颌类的非常相似。这就代表着盔甲鱼位于现生的无颌类与有颌类之间,是关键的中间环节,而这个中间环节就是发育生物学家所预测的,颌的起源发育所需要的中间阶段。2011年,研究成果在Nature上以封面推荐文章发表,引起学术界的广泛关注,曙鱼也被作为演化发育生物学经典案例,先后入选欧美日等国家的十几种著名的教科书中,例如,《演化发育生物学》《演化神经学》《生命史》《古脊椎动物学》等,曙鱼也被认为是跟提克塔利克鱼、始祖鸟、弗洛勒斯人等一样重要的生命演化缺失环节。美国芝加哥大学迈克尔·科茨教授对此评价道:“盖志琨等描述的曙鱼难以置信地保存了脑颅及其内部神经和血管的通道。最重要的是,它们与有颌类的早期分化有着莫大的关系,从而记录了一种新的身体式样的特征组合,并且填补了现生类群间巨大的形态鸿沟。”2012年,国际古脊椎动物学会第72 届年会在美国北卡罗来纳州首府罗利举行,盖志琨因在脊椎动物颌的起源研究方面所取得的进展,获得了发展中国家青年科学家奖,并在新闻发布会上接受美国国家地理杂志、新科学家、科学美国人等几家主流科学媒体的采访。

从2002—2011年,盖志琨通过十年不懈努力,在解决颌起源这个世界性难题上,给出了一个响当当的“中国答案”。

行稳致远 再解难题

2012年,盖志琨在英国取得博士学位,学成归国,继续从事中国盔甲鱼类的研究。回国后,盖志琨并没有借着自己在Nature上发表文章的名气急功近利地发表论文,而是选择了再一次沉淀自己,他全身心参与编纂《中国古脊椎动物志 第一卷 鱼类 第一册 无颌类》庞大的系统工程中,这是一项极为复杂的系统研究工作,需要对盔甲鱼类近50年的研究成果进行系统梳理和总结,耗费的心力可想而知,2015年志书出版。盖志琨又马不停蹄参与编写专著《无颌类演化史与中国化石记录》,该书需要对全世界的无颌类近100年的研究历史进行系统总结,作为《中国古生物研究丛书》之一,2017年出版,先后获得第十五届“上海图书奖”特等奖和第五届“中国出版政府奖”图书奖。

志存高远 琨玉秋霜——记青年古生物学家盖志琨

2012年,盖志琨(右)在美国罗利国际古脊椎动物学会的新闻发布会上接受媒体采访

在此期间,盖志琨带领着他年轻的团队开始向第二个世界难题发起了冲锋,着手解决盔甲鱼类头后身体的解剖问题。要解决这个难题,首先要找到有完整身体保存的盔甲鱼化石。由于盔甲鱼类的身体主要由软骨和零散的鳞片组成,几乎很难保存为完整的化石,如何找到困难重重。10年里,研究团队跑遍了中国志留纪—泥盆纪几乎所有可能含有盔甲鱼类化石的野外剖面,共考察化石点200余个,行程近20万千米。最终把寻找范围锁定在重庆、湖南和贵州三省市交界的地方。这里位于华夏古陆边缘,在4亿多年前曾存在古海洋——扬子海,是一片温暖湿润的浅海环境,因此沉积发育了一套非常完整的浅海相红层,而注入扬子海的河流在入海口形成了大量潟湖、三角洲,并带来了丰富的有机物,非常适合早期鱼类的繁衍生息。早在20世纪80年代,中科院古脊椎所的王俊卿先生就在湘西保靖开展野外工作,并发现了第一个具有身体保存的盔甲鱼标本。根据这一线索,研究团队从2012年起开始加大对该地区的野外考察力度,几乎每年都到该地区进行野外挖掘。一直坚持了8年,终于在2020年取得重大突破,一个具有大量鱼类完整身体保存的特异埋藏化石群——“重庆特异埋藏化石库”重见天日。在这个特异埋藏化石群里,研究团队终于找到了世界上第一个具有完整身体保存的盔甲鱼类化石,并给它取了一个非常生动的名字——灵动土家鱼。这一发现为解开人类四肢起源的世界性难题打开了一扇窗。在这块化石身体的腹部清楚地保存有一对连续的鳍褶,这不仅为四肢起源的“鳍褶理论”提供了最为关键的化石证据,而且与现代分子发育生物学的数据高度吻合。古生物化石证据与发育生物学的交叉印证,使得脊椎动物成对附肢的起源研究与颌起源研究一样成为演化—发育生物学的一个经典案例。 2022年,研究成果以封面文章的形式又一次发表在Nature杂志上,并从功能机制上提出了脊椎动物成附肢起源的新假说。就这样,盖志琨又用了十年时间,成功解决了盔甲鱼类头后身体解剖的难题,为解决人类四肢起源这个世界性难题提供了新的化石证据。

身披两翼 携队起航

盖志琨清晰记得导师朱敏院士对自己的谆谆教导:“对古生物学家来说,野外就是你最大的实验室,像搞物理化学实验一样,你也要面临许多次失败,但只要你不轻言放弃,持之以恒地做下去,总有一天你会有收获!” 在过去十年里,盖志琨带领年轻团队风餐露宿、日夜兼程地进行野外科考,南至海南保亭,西至西藏阿里无人区,东至浙江长兴,西北至新疆阿勒泰,东北至黑龙江双鸭山,西南至中越边境,足迹踏遍祖国的大江南北,积累了大量早期鱼类的化石材料,为后续的研究获取到第一手资料。五年编写志书和专著的经历,使他对中国的盔甲鱼类、甚至整个无颌类过去50年的研究历程愈加深入了解。正是由于这种长达20年孜孜以求的学术积累,他和他的研究团队从2021年起,进入到了一个厚积薄发的阶段。2022年,整个团队发表了12篇论文,除了灵动土家鱼的研究成果为人类四肢起源提供关键化石证据外,对曙鱼脑颅的深入研究又为人类的中耳起源于鱼类呼吸的鳃提供了关键的化石证据,研究成果引起社会广泛关注,先后两次登上中央电视台新闻;这一年,他的学生山显任在他的指导下完成的江西最古老真盔甲鱼类俊卿清水鱼和刺猬安吉鱼的研究成果,在中央电视台《新闻联播》中播出。

志存高远 琨玉秋霜——记青年古生物学家盖志琨

灵动土家鱼生态复原图 郑秋旸/绘

为使自己热爱的古生物事业后继有人,特别是中国盔甲鱼类的研究不再青黄不接,盖志琨十分重视对学生的培养。古生物专业较为冷门,学生人数相对较少,“所里一直是老师多、学生少”。早期无硕士生可带的时候,他就通过大学生科创计划的形式来指导本科生。“我带的本科生一般可以发两篇文章,一篇一作、一篇二作,而指导的硕士生至少可以发表4篇第一作者的论文,如今指导的第一个研究生孟馨媛已经顺利毕业,到英国布里斯托大学攻读博士学位,而作为副导师指导的第二个硕士生山显任,也非常优秀,是从本科阶段就开始指导的学生。”盖志琨认为这是他的责任,“既然带了学生,就得带好,对学生、自己都要负责任。” 2021年初,盖志琨指导山东科技大学的本科生姜文瑜研究并命名了盔甲鱼类鸭吻鱼科的一个新属种,研究成果发表于国际学术期刊Historical Biology。这本来是古生物学的一项非常常规的研究,没曾想却因为“鸭吻鱼”的名字意外上了热搜,后来又登上了中央电视台《新闻直播间》。正是这次意外的“热搜”也让盖志琨更加笃信,无论是研究还是教学,只要把事情做到极致,总会有意想不到的收获。盖志琨看重科普的作用,他想把古生物的乐趣带给更多的人,而大众对古生物的兴趣让他受到鼓舞。“没想到大家对冷门的古生物这么感兴趣,这让我们研究起来也更有动力。”

左手科研、右手科普,盖志琨说,未来自己要两手抓。鲲鹏展翅凌万里,策马扬鞭自奋蹄,如今已经是博士生导师的他,将带领他的学生在古生物这条科研路上,重新启程,继续“极致”前行。




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