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他从“雪藏”化石里,读出史前巨鲨的迁徙故事

来源:科技日报2021-10-11 11:07

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   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)副研究员盖志琨的办公室就在北京动物园对面。与动物园中生龙活虎的飞禽走兽形成某种奇妙的呼应,他的办公室里堆放着数亿年前的古脊椎动物化石,它们被认为是脊椎动物早期的祖先之一。

  受访者供图

  这间办公室活像个小型自然博物馆。化石有序堆叠在一起,环绕着办公桌,盖志琨伸手就能拿到它们。桌子对面的书架上整齐摆放着天然矿石,墙上则挂着他在野外科考时捡来的巨大耗牛头骨。盖志琨每天就坐在这里,在这些沉默不语的石头中寻找着生命演化的蛛丝马迹。

  在受疫情影响无法外出科考的日子里,盖志琨从一枚核桃大小的瓣齿鲨牙齿化石开始,读出了一个史前巨鲨跨大洋迁徙的故事。这枚首次在中国发现的瓣齿鲨属牙齿化石,大大扩展了瓣齿鲨在北半球的古地理分布范围,为瓣齿鲨跨古特提斯洋迁徙提供了重要的化石证据。

  前不久,相关研究成果以封面文章形式发表于国际学术期刊《地质学报(英文版)》。

  机缘巧合发现史前巨鲨

  就像生物进化总是充满巧合,盖志琨对于瓣齿鲨的研究发现同样是一个奇妙的巧合。盖志琨此前的主要研究对象并非鲨鱼,而是与其相去甚远的无颌类盔甲鱼。不过,在机缘巧合下,盖志琨从山西阳泉的地方科研人员那里得知了瓣齿鲨化石的存在,“这几枚化石几年前就被发现了,但一直被存放在展览馆里没人研究”。

  彼时,正因疫情哪也去不了的盖志琨,打算让这几枚被“雪藏”的化石“复出”。“当时,我只是想拓展一下自己的研究视野,做一个两三页的简报就差不多了。”他回忆道。

  但随着研究逐渐深入,他发现这颗牙齿并不简单。在历史上,曾有两位瓣齿鲨的发现者。瑞士古生物学家路易斯·阿加西最早发现这一物种并进行了初步命名,“但他没有发现这其实是一个全新的分类”。到了1840年,英国古生物学家理查德·欧文爵士再次发现瓣齿鲨,并将其作为一个新物种进行了归类命名。不仅如此,瓣齿鲨同样与我国缘分不浅。我国古脊椎动物学奠基人杨钟健曾在上世纪50年代发现过瓣齿鲨类牙齿化石。

  “原来一颗牙齿后面有这么深的历史底蕴。”在明确物种归属后,盖志琨发现该属种化石此前仅被发现于美国和欧洲,在我国属首次发现。地质研究表明,2.9亿年前的山西阳泉曾是一片靠近赤道的温暖浅海,而瓣齿鲨属牙齿化石在此出现,说明其当时已具备了跨大洋的迁徙能力。同时,其刃状牙齿边缘上布满的大量垂直细槽和其具有的巨大咬合面表明,瓣齿鲨或许能对猎物肌肉组织进行撕咬,生态位类似于现代大白鲨,是古生代海洋里的顶级掠食者。

  至此,一个数亿年前具备跨大洋迁徙能力的史前巨鲨形象被他逐渐勾勒清晰。

  为颌起源研究带来曙光

  瓣齿鲨只是盖志琨科研历程中的“番外篇”,他的主要研究对象是比鲨鱼小得多的无颌类盔甲鱼,“这是一种中国特有的无颌鱼类”。

  颌,在脊椎动物进化过程中扮演着重要的角色,“有了颌,它们的进食方式就可以从滤食变为主动捕食,这是进化的一大步”。但从无颌到有颌,这中间仍有大片的进化空白等待填补。无颌类盔甲鱼恰巧位于两者之间,为颌的演化进程提供了重要证据。

  读研期间,盖志琨在浙江等地陆续发现了一批无颌类盔甲鱼化石,他完成了这些化石外部形态的大部分描述性研究工作。2006年,临近硕士毕业时,盖志琨拿到英国皇家学会提供的全额奖学金,获得了出国深造的机会。

  国外求学时,盖志琨把实验室叫作“小黑屋”,“屋子很小,没有窗户,没有阳光,不开灯就是漆黑的”。他的工作与盲人摸象无异,利用瑞士同步辐射光源扫描仅凭肉眼看不见的化石内部,得到一张张在外人看来有些模糊、分辨不出具体形状的黑白图片。然后他要凭借着对盔甲鱼的足够了解,用这些二维图片重构出盔甲鱼化石内部的三维结构,拼凑出一头完整的“大象”,在其中寻找颌演化的轨迹。

  盖志琨在这间“小黑屋”里坐了3年,2万张图片反复看了不下10万次,共计复原重构出了77个盔甲鱼化石标本的内部三维结构。但可惜的是,直到3年奖学金资助时间截止,他只复原了标本,还未进行深入的研究,更无成果可言。“去英国什么也没干,全耗在实验室里了。”盖志琨感到苦闷。

  “那段时间,我非常郁闷,一个字也写不下去。”他决定走出低谷,准备回国。

  2008年,盖志琨带着一路陪伴他的化石和复原重建好的标本踏上归国之旅。他努力调整自己的心态,相信触底反弹,“反正已经不能再差了,剩下的就只能是往上走”。

  回国后,他每天早上4点起床,在无人打扰的清晨独自上路。“哪怕我每天就写200字,也比一点不写要好。”他明白了科研要坐“冷板凳”的真正涵义,开始反复打磨与修改文章。

  一晃3年又过去了。2011年,《自然》(Nature)杂志以封面推荐论文形式发表了盖志琨在无颌类盔甲鱼方面的研究成果。该成果为研究脊椎动物颌的起源带来了新的曙光,这个发现于浙江的小鱼也因此被命名为“曙鱼”。而以此研究为基础,盖志琨完成了400页的博士论文。这本厚重的博士论文今天仍被摆在他的办公室,盖志琨将其视为代表作。

  把事情做到极致

  虽然取得了一些成果,但盖志琨愿意将部分功劳归于“好运”。因为他清楚地明白,有所发现只是少数时刻,一无所获才是科研中常有的事。他至今记得导师、中科院古脊椎所研究员朱敏告诉自己的话:“对古生物研究者来说,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!”

  谈及入行的原因,盖志琨毫不避讳地说,这同样是一个巧合。高考前食物中毒,他被调剂到了没填报过的地球科学系,学了一个他“没听说过的专业”——资源环境区划与管理。大学4年,盖志琨逐渐摸到一点门路,他打算继续读研。为了避开令他苦恼的数学,他选择了古生物学,“最初就是想着学古生物不用考数学,我就报了”。

  就这样懵懵懂懂闯入古生物的世界,盖志琨也不知道自己有没有兴趣。但他相信一个简单的道理:“你要先把事情做到极致,才能谈是不是有兴趣。”

  第一次去浙江长兴科考时,盖志琨就住在老乡家里,包吃包住,一天30元。他每天骑着老乡借给他的自行车,去“鱼点”找化石。所谓的“鱼点”,不过是采石场,有时也可能是建筑工地。“前面采石场工人还在采石头,我就跟在后面捡。”他说。

  在野外的一个月里,盖志琨越来越觉得这个专业有意思。他仍记得自己第一次发现新物种时的兴奋,“那种感觉,就是给我一百万元也不换”。

  盖志琨看重科普的价值,他想把古生物的乐趣带给更多的人。此前他做的关于鸭吻鱼的研究被报道后上了“热搜”,大众对古生物的兴趣让他受到鼓舞。“没想到大家对这么奇怪的古生物感兴趣,这让我们研究起来也更有动力。”他说。

  鸭吻鱼的相关研究是盖志琨与其指导的两位本科生共同完成的。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”。因此,盖志琨格外重视对学生的培养。

  今年年初,从一张简单的化石照片开始,盖志琨指导两位本科生完成了关于鸭吻鱼的重要研究,成果最终发表于国际学术期刊《历史生物学》。

  “我带的本科生一般可以发两篇文章,一篇一作、一篇二作。”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。”

  那次意外的“热搜”也让盖志琨更加笃信,无论是研究还是教学,把事情做到极致,总会有意想不到的收获。

  左手科研、右手科普,盖志琨说,未来自己要两手抓,在古生物这条科研路上,继续“极致”前行。(实习记者 都芃)

[ 责编:赵宇豪 ]
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