“做古生物研究，特別要坐得住冷板凳。”中科院南京地質古生物研究所研究員殷宗軍說。十多年來，他始終專注于這個冷門學科，希望揭開化石背后隱藏的動物演化歷史。這份堅持源于熱愛，也來自于科研的進展、院所的支持。
一個個直徑1毫米左右的微小化石，被小心翼翼地從巖石中分離出來后，放到顯微鏡下，使用超高分辨率X射線顯微斷層成像技術進行三維掃描，化石的立體結構就在顯示儀上得以重構。在此基礎上進行分析，就可以揭開化石背后隱藏的動物演化歷史。
這是中科院南京地質古生物研究所研究員殷宗軍每天的工作。這位35歲青年科學家領導的研究團隊，采用最新三維無損成像技術，掃描了300多個旋孔蟲化石標本，顯示旋孔蟲的內部存在細胞分裂現(xiàn)象——這種發(fā)育方式，與動物胚胎早期發(fā)育非常類似。“6億年前的甕安旋孔蟲，是現(xiàn)代動物的遠古近親。”近期，他在《科學》雜志子刊《科學進展》發(fā)表的一篇論文中，給出了這樣的結論。
“這是我對‘達爾文之困’的一個初步回答。”殷宗軍說。個頭不高、思維活躍、語速極快，衛(wèi)衣上印著“自律給我自由”，像極了他一貫的行事風格。十多年來，這項研究和他的夢想，從未停止。
熱愛，執(zhí)著于動物起源之謎
2006年，中國地質大學(武漢)大三學生殷宗軍放棄本校的研究生保送資格，選擇了考研——向中科院南京地質古生物研究所這個全國古生物研究高地發(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。殷宗軍從小生長在大別山區(qū)，姐姐送給他一套《小學生自然百科》，“這套書共6本，我最喜歡《地學》和《動物》，一個講了地球上的巖石礦物、名山大川，一個從遠古動物講到人類誕生。我愛不釋手，書很快就翻爛了。”殷宗軍說。
地學與動物學交叉，不就是古生物學嗎?許多年后回頭看，他意識到，科學的種子在那時就已悄悄種在了心間。
考大學時，殷宗軍填報了地質學專業(yè)。師兄師姐說，地質學這個專業(yè)的本科畢業(yè)生最吃香、有“錢途”，反而是往上讀古生物學的碩士、博士，越來越冷門。但殷宗軍卻早早決定要讀研。他在課堂上了解到，達爾文曾提到一個挑戰(zhàn)進化論的難題：絕大多數現(xiàn)代高等動物的祖先，在5.41億到5.18億年前的寒武紀早期，以大爆發(fā)的形式突然出現(xiàn)在地層中，這一現(xiàn)象后世稱之為“寒武紀生命大爆發(fā)”;而寒武紀之前地球的漫長歷史中，卻缺乏與動物相關的化石記錄。
對此，達爾文的解釋是化石記錄保存的不完整性，寒武紀之前的動物可能沒有留下化石記錄。這個解釋在此后100多年里引起了很大爭議，被稱為“達爾文之困”。“100多年過去了，‘達爾文之困’怎么還是個謎?”殷宗軍給自己定下的目標就是，當科學家，探究知識的邊界。
鉆研，探究微小化石里的生物密碼
帶著追問，殷宗軍來到南古所進行畢業(yè)設計。他選擇的目標是甕安生物群。
甕安生物群，主產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，誕生于寒武紀大爆發(fā)以前。因此，這座可能保存了全世界最古老動物的化石庫，被學界視為“動物世界的黎明”。
“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，那個夏天非常炎熱，他先用化學方法將幾百斤石頭融化，再在殘渣中一點一點尋找化石，用顯微鏡觀察。因為怕石頭殘渣被風吹散，也不敢開電扇。
終于，殷宗軍找到了大量從未見過的化石。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)代動物胚胎、表面上長著螺旋狀線圈，這就是后來被稱為“甕安旋孔蟲”的化石。
通過顯微鏡和掃描電鏡，觀察分析新發(fā)現(xiàn)化石的形態(tài)學結構，對完成畢業(yè)論文來說就足夠了。但神秘化石內部是什么結構?它們究竟是動物、植物，還是藻類?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。碩士二年級時，他接受遴選并獲得了直接攻讀博士學位的機會。
這些化石標本非常微小，當時最薄的刀片都比它們厚。想要重現(xiàn)內部結構，就要采用醫(yī)院里CT掃描儀那樣的專業(yè)設備。當時，歐洲擁有世界上最先進的同步輻射加速器，能掃描微米級別的物體內部結構。讀博階段，殷宗軍申請到法國留學，帶著幾千枚樣本，去探究小小化石中的生物密碼。
但即便有了設備，“做CT”也不是易事。這種大型科學裝置并非為掃描微體化石量身定制，因此用來給微體化石“做CT”時，掃描方法和諸多參數都要反復摸索和調整。例如光源設定，太弱了信號穿不透，太強了則易過曝。
“學習了幾個月，才掌握掃描技術。遺憾的是，甕安旋孔蟲化石有很厚的囊包，內部結構大多已經腐爛，所有樣本都沒有掃描到內部結構，也就無從了解它究竟是什么。”好在留學期間殷宗軍還有其他收獲：通過掃描帶來的其他樣本，發(fā)現(xiàn)了最早的海綿動物、最早的胚胎化石……
這些研究，離回答“達爾文之困”還有一段距離。“我們不能每次都千里迢迢跑到歐洲，用別人的機器去掃描化石。”殷宗軍開始思考，要有先進技術，讓自己的團隊來給化石“做CT”。
創(chuàng)新，讓前沿技術助力古老學科
把先進的同步輻射加速器“搬”回來，并不現(xiàn)實。沒別的路，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實驗室，并于2015年建成。走進這個實驗室，儀器設備一應俱全：硬件上，有“CT機”、顯微鏡、圖形工作站、數位屏;軟件上，有各類專業(yè)的圖像數據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多樣性、森林的起源等古生物學其他課題的研究。
“這個實驗室有原始創(chuàng)新，也有集成創(chuàng)新。”殷宗軍介紹，正在申請專利的多樣本掃描技術就是一項自主創(chuàng)新。“人工將樣本逐個放到樣品臺上掃描，費時耗力，如果能實現(xiàn)自動化不間斷掃描，就可以幫助科研人員騰出手，大幅提高設備利用效率。”殷宗軍說，前沿信息技術與這門古老學科可以碰撞出火花。他通過軟件設定參數和程序，讓樣品臺不僅“知道”每個樣本的掃描時間和方式，還可以“找到”排著隊的下一個樣本，并且將它“請上臺”。
去年6月，甕安旋孔蟲化石研究有了突破性進展，經過對化石內部結構和生物學信息的分析，證實了它們是單細胞生命，屬于動物的“姐妹類群”，據此可以了解動物共同祖先的生物學信息，這對理解第一個動物究竟從何而來，提供了重要化石信息。
“做古生物研究，特別要坐得住冷板凳。我之所以能堅持下來，除了自身的熱愛，也在于院所的無條件支持，以及研究過程中的一項項進展，讓年輕科學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，動物演化的真相正在逐漸顯現(xiàn)，“達爾文之困”終有一天會徹底解開。
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