你的位置:化石网 >> 专家学者 >> 详细内容 在线投稿

从化石中解码生命的奥秘(说道·把自然讲给你听)

收藏 打印 发给朋友 来源: 化石网 网站编辑:化石猎人
热度155票 浏览47次 时间:2021年10月21日 14:23
图为殷宗军(右)在科研中。资料图片

图为殷宗军(右)在科研中。资料图片

(化石网报道)据人民日报(作者:殷宗军):古生物学研究的领域宽广而深邃,我和团队成员的工作就是解码地质记录中化石留下的线索,一点一点、一块一块地完成寒武纪大爆发整个过程的拼图。

古生物这门科学,听起来似乎有些枯燥。可能有人会望文生义将其等同于考古,也可能有人会想到科幻电影中的恐龙等史前生物。但实际上,古生物学不仅离我们的生活很近,而且比很多人想象的更有趣味。

我是一名古生物学研究者。我的角色既不是机械地收集石头的“化石猎人”,也不专门研究恐龙等史前生物。我专注的领域是地球早期生命的起源和演化,其中最主要的研究方向是动物起源和寒武纪大爆发。

地球上几乎所有动物门类的祖先代表,都生活在距今5.6亿年到5.2亿年之间。这段时间在地质历史上属于前寒武纪末期到寒武纪早期。尽管这4000万年听起来很漫长,但其实只占地球历史的不到1%。这不到1%的时间里,却产生了几乎所有的动物门类。这个特殊的生命演化事件,被称为寒武纪大爆发。

我们团队的工作就是解码地质记录中化石留下的线索,一点一点、一块一块地完成寒武纪大爆发整个过程的拼图。我日常工作的一部分,就是从成吨沙石样品中筛选微体化石标本,再用不同类型显微镜“拆盲盒”。2015年,我们从贵州瓮安生物群化石中“拆”出一个6亿年前的海绵化石,将动物起源时间向前推进了6000万年。

地球在宇宙中是独一无二的吗?生命为什么能在这颗星球上诞生?为了揭开更多未解之谜,最近我和同事将注意力投向了比寒武纪更久远的过去,一直回溯到30亿年甚至40亿年前。我们试图通过研究地球早期生命的化石记录,去追寻地球上最早的微生物留下的蛛丝马迹。我们通过各种高新技术手段,不仅能在微米甚至是纳米尺度上看清这些古老生物的模样,还能推演出它们生存的环境。

平时,我也很喜欢向大家科普这些知识。前些年,我和一些研究者用高分辨CT技术,研究了6亿年前瓮安生物群中的一类奇特化石——笼脊球。这类化石记录了动物胚胎发育机制起源的证据,我们通过分析233颗标本的三维结构,还原了其个体发育过程,发现现代动物胚胎发育过程中采用的细胞迁移机制在笼脊球中已经出现了。

古生物学研究的领域宽广而深邃,丰富而有趣。它是一门不可或缺且大有用途的基础学科。你想一起来挑战吗?

(作者为中国科学院南京地质古生物研究所研究员,本报记者姚雪青采访整理)《人民日报》( 2021年10月20日第14版)

相关报道:殷宗军:越冷门,越坚持

(化石网报道)据人民日报(姚雪青):“做古生物研究,特别要坐得住冷板凳。”中科院南京地质古生物研究所研究员殷宗军说。十多年来,他始终专注于这个冷门学科,希望揭开化石背后隐藏的动物演化历史。这份坚持源于热爱,也来自于科研的进展、院所的支持。

一个个直径1毫米左右的微小化石,被小心翼翼地从岩石中分离出来后,放到显微镜下,使用超高分辨率X射线显微断层成像技术进行三维扫描,化石的立体结构就在显示仪上得以重构。在此基础上进行分析,就可以揭开化石背后隐藏的动物演化历史。

这是中科院南京地质古生物研究所研究员殷宗军每天的工作。这位35岁青年科学家领导的研究团队,采用最新三维无损成像技术,扫描了300多个旋孔虫化石标本,显示旋孔虫的内部存在细胞分裂现象——这种发育方式,与动物胚胎早期发育非常类似。“6亿年前的瓮安旋孔虫,是现代动物的远古近亲。”近期,他在《科学》杂志子刊《科学进展》发表的一篇论文中,给出了这样的结论。

“这是我对‘达尔文之困’的一个初步回答。”殷宗军说。个头不高、思维活跃、语速极快,卫衣上印着“自律给我自由”,像极了他一贯的行事风格。十多年来,这项研究和他的梦想,从未停止。

热爱,执着于动物起源之谜

2006年,中国地质大学(武汉)大三学生殷宗军放弃本校的研究生保送资格,选择了考研——向中科院南京地质古生物研究所这个全国古生物研究高地发起冲击。

为什么有这样大的决心?这和他为自己定下的研究道路有关。殷宗军从小生长在大别山区,姐姐送给他一套《小学生自然百科》,“这套书共6本,我最喜欢《地学》和《动物》,一个讲了地球上的岩石矿物、名山大川,一个从远古动物讲到人类诞生。我爱不释手,书很快就翻烂了。”殷宗军说。

地学与动物学交叉,不就是古生物学吗?许多年后回头看,他意识到,科学的种子在那时就已悄悄种在了心间。

考大学时,殷宗军填报了地质学专业。师兄师姐说,地质学这个专业的本科毕业生最吃香、有“钱途”,反而是往上读古生物学的硕士、博士,越来越冷门。但殷宗军却早早决定要读研。他在课堂上了解到,达尔文曾提到一个挑战进化论的难题:绝大多数现代高等动物的祖先,在5.41亿到5.18亿年前的寒武纪早期,以大爆发的形式突然出现在地层中,这一现象后世称之为“寒武纪生命大爆发”;而寒武纪之前地球的漫长历史中,却缺乏与动物相关的化石记录。

对此,达尔文的解释是化石记录保存的不完整性,寒武纪之前的动物可能没有留下化石记录。这个解释在此后100多年里引起了很大争议,被称为“达尔文之困”。“100多年过去了,‘达尔文之困’怎么还是个谜?”殷宗军给自己定下的目标就是,当科学家,探究知识的边界。

钻研,探究微小化石里的生物密码

带着追问,殷宗军来到南古所进行毕业设计。他选择的目标是瓮安生物群。

瓮安生物群,主产于贵州瓮安北斗山含磷地层,以磷酸盐化方式保存着6亿年前的化石,诞生于寒武纪大爆发以前。因此,这座可能保存了全世界最古老动物的化石库,被学界视为“动物世界的黎明”。

“2006年夏天,我从北斗山采了几百斤石头,打包发往南京,大海捞针一样寻找化石。”殷宗军记忆中,那个夏天非常炎热,他先用化学方法将几百斤石头融化,再在残渣中一点一点寻找化石,用显微镜观察。因为怕石头残渣被风吹散,也不敢开电扇。

终于,殷宗军找到了大量从未见过的化石。其中有一种化石十分特别,直径只有不到1毫米、外形很像现代动物胚胎、表面上长着螺旋状线圈,这就是后来被称为“瓮安旋孔虫”的化石。

通过显微镜和扫描电镜,观察分析新发现化石的形态学结构,对完成毕业论文来说就足够了。但神秘化石内部是什么结构?它们究竟是动物、植物,还是藻类?这些还需要深入研究。

“我想从事感兴趣的研究,只有一条路走到底。”殷宗军说。硕士二年级时,他接受遴选并获得了直接攻读博士学位的机会。

这些化石标本非常微小,当时最薄的刀片都比它们厚。想要重现内部结构,就要采用医院里CT扫描仪那样的专业设备。当时,欧洲拥有世界上最先进的同步辐射加速器,能扫描微米级别的物体内部结构。读博阶段,殷宗军申请到法国留学,带着几千枚样本,去探究小小化石中的生物密码。

但即便有了设备,“做CT”也不是易事。这种大型科学装置并非为扫描微体化石量身定制,因此用来给微体化石“做CT”时,扫描方法和诸多参数都要反复摸索和调整。例如光源设定,太弱了信号穿不透,太强了则易过曝。

“学习了几个月,才掌握扫描技术。遗憾的是,瓮安旋孔虫化石有很厚的囊包,内部结构大多已经腐烂,所有样本都没有扫描到内部结构,也就无从了解它究竟是什么。”好在留学期间殷宗军还有其他收获:通过扫描带来的其他样本,发现了最早的海绵动物、最早的胚胎化石……

这些研究,离回答“达尔文之困”还有一段距离。“我们不能每次都千里迢迢跑到欧洲,用别人的机器去扫描化石。”殷宗军开始思考,要有先进技术,让自己的团队来给化石“做CT”。

创新,让前沿技术助力古老学科

把先进的同步辐射加速器“搬”回来,并不现实。没别的路,只能依靠创新。

在南古所支持下,2012年博士毕业留所后,殷宗军着手建立化石显微CT实验室,并于2015年建成。走进这个实验室,仪器设备一应俱全:硬件上,有“CT机”、显微镜、图形工作站、数位屏;软件上,有各类专业的图像数据处理和三维可视化工具。它不仅用于瓮安生物群化石的研究,也支撑了琥珀中昆虫多样性、森林的起源等古生物学其他课题的研究。

“这个实验室有原始创新,也有集成创新。”殷宗军介绍,正在申请专利的多样本扫描技术就是一项自主创新。“人工将样本逐个放到样品台上扫描,费时耗力,如果能实现自动化不间断扫描,就可以帮助科研人员腾出手,大幅提高设备利用效率。”殷宗军说,前沿信息技术与这门古老学科可以碰撞出火花。他通过软件设定参数和程序,让样品台不仅“知道”每个样本的扫描时间和方式,还可以“找到”排着队的下一个样本,并且将它“请上台”。

去年6月,瓮安旋孔虫化石研究有了突破性进展,经过对化石内部结构和生物学信息的分析,证实了它们是单细胞生命,属于动物的“姐妹类群”,据此可以了解动物共同祖先的生物学信息,这对理解第一个动物究竟从何而来,提供了重要化石信息。

“做古生物研究,特别要坐得住冷板凳。我之所以能坚持下来,除了自身的热爱,也在于院所的无条件支持,以及研究过程中的一项项进展,让年轻科学家在起步阶段就可以大展拳脚,品尝到成功的喜悦。”殷宗军说,动物演化的真相正在逐渐显现,“达尔文之困”终有一天会彻底解开。

(原载于《人民日报》2021-01-13 12版)
TAG: 化石 殷宗军
【已经有155人表态】
29票
感动
17票
路过
14票
高兴
17票
难过
23票
搞笑
17票
愤怒
20票
无聊
18票
同情
上一篇 下一篇