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，化石的立體結構就在顯示儀上得以重構。在此基礎上進(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)導的研究團隊，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)化石標本，顯示旋孔蟲(chóng)的內部存在細胞分裂現象——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)，是現代動(dòng)物的遠古近親。”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，給出了這樣的結論。

　　“這是我對‘達爾文之困’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，衛衣上印著(zhù)“自律給我自由”，像極了他一貫的行事風(fēng)格。十多年來(lái)，這項研究和他的夢(mèng)想，從未停止。

　　熱愛(ài)，執著(zhù)于動(dòng)物起源之謎 

　　2006年，中國地質(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(cháng)在大別山區，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，達爾文曾提到一個(gè)挑戰進(jìn)化論的難題：絕大多數現代高等動(dòng)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)的形式突然出現在地層中，這一現象后世稱(chēng)之為“寒武紀生命大爆發(fā)”；而寒武紀之前地球的漫長(cháng)歷史中，卻缺乏與動(dòng)物相關(guān)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(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議，被稱(chēng)為“達爾文之困”。“100多年過(guò)去了，‘達爾文之困’怎么還是個(gè)謎？”殷宗軍給自己定下的目標就是，當科學(xué)家，探究知識的邊界。

　　鉆研，探究微小化石里的生物密碼 

　　帶著(zhù)追問(wèn)，殷宗軍來(lái)到南古所進(jìn)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(chǎn)于貴州甕安北斗山含磷地層，以磷酸鹽化方式保存著(zhù)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(dòng)物的化石庫，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，再在殘渣中一點(diǎn)一點(diǎn)尋找化石，用顯微鏡觀(guān)察。因為怕石頭殘渣被風(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、外形很像現代動(dòng)物胚胎、表面上長(cháng)著(zhù)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(guān)察分析新發(fā)現化石的形態(tài)學(xué)結構，對完成畢業(yè)論文來(lái)說(shuō)就足夠了。但神秘化石內部是什么結構？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)。碩士二年級時(shí)，他接受遴選并獲得了直接攻讀博士學(xué)位的機會(huì )。

　　這些化石標本非常微小，當時(shí)最薄的刀片都比它們厚。想要重現內部結構，就要采用醫院里CT掃描儀那樣的專(zhuān)業(yè)設備。當時(shí)，歐洲擁有世界上最先進(jìn)的同步輻射加速器，能掃描微米級別的物體內部結構。讀博階段，殷宗軍申請到法國留學(xué)，帶著(zhù)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(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(guò)曝。

　　“學(xué)習了幾個(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，內部結構大多已經(jīng)腐爛，所有樣本都沒(méi)有掃描到內部結構，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)現了最早的海綿動(dòng)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(kāi)始思考，要有先進(jìn)技術(shù)，讓自己的團隊來(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(zhù)手建立化石顯微CT實(shí)驗室，并于2015年建成。走進(jìn)這個(gè)實(shí)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(lèi)專(zhuān)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(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)驗室有原始創(chuàng )新，也有集成創(chuàng )新。”殷宗軍介紹，正在申請專(zhuān)利的多樣本掃描技術(shù)就是一項自主創(chuàng )新。“人工將樣本逐個(gè)放到樣品臺上掃描，費時(shí)耗力，如果能實(shí)現自動(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)軟件設定參數和程序，讓樣品臺不僅“知道”每個(gè)樣本的掃描時(shí)間和方式，還可以“找到”排著(zhù)隊的下一個(gè)樣本，并且將它“請上臺”。

　　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)對化石內部結構和生物學(xué)信息的分析，證實(shí)了它們是單細胞生命，屬于動(dòng)物的“姐妹類(lèi)群”，據此可以了解動(dòng)物共同祖先的生物學(xué)信息，這對理解第一個(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)程中的一項項進(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，“達爾文之困”終有一天會(huì )徹底解開(kāi)。

   來(lái)源：http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2021-01/13/nw.D110000renmrb_20210113_1-12.htm