一天發(fā)4篇《自然》！重建志留紀(jì)早期“水族館” _志留紀(jì)

Nature封面為最新發(fā)現(xiàn)的5種志留紀(jì)古魚新屬種的三維藝術(shù)復(fù)原，從上到下分別為蠕紋沈氏棘魚、新塑梵凈山魚、雙列黔齒魚、靈動(dòng)土家魚和奇跡秀山魚。
據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)（胡珉琦）：Nature封面為最新發(fā)現(xiàn)的5種志留紀(jì)古魚新屬種的三維藝術(shù)復(fù)原，從上到下分別為蠕紋沈氏棘魚、新塑梵凈山魚、雙列黔齒魚、靈動(dòng)土家魚和奇跡秀山魚。
9月28日晚11點(diǎn) ，《自然》雜志在同一期發(fā)表了同一團(tuán)隊(duì)的四篇論文，29日又以封面文章同期發(fā)表，它們皆出自中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所（以下簡(jiǎn)稱古脊椎所）研究員朱敏團(tuán)隊(duì) 。
“一鍵四連”的操作，驚嘆了整個(gè)古生物學(xué)界。
國(guó)際古脊椎動(dòng)物學(xué)會(huì)前主席、澳大利亞弗林德斯大學(xué)教授John Long撰文稱：它們改寫了有頜脊椎動(dòng)物早期演化歷史的幾乎所有方面。
朱敏對(duì)這些說(shuō)法有些惶恐。他更喜歡同行羨慕地對(duì)他說(shuō)：“你們重建了志留紀(jì)早期的一個(gè)‘水族館’ 。”
“水族館”里有什么？當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)在第一篇論文中試圖回答這個(gè)問題時(shí) ，曾接連遭遇了《自然》《科學(xué)》審稿人的三輪斃稿。
非凡的結(jié)論，要有非凡的證據(jù) 。朱敏團(tuán)隊(duì)為了尋找演化的證據(jù)究竟付出了什么？
尋找“幽靈支系”
過(guò)去十余年，朱敏一直在跟一群“幽靈”一樣的化石死磕。
奧陶紀(jì)末（約4.44億年前），地球歷史上發(fā)生了第一次大規(guī)模生物集群滅絕事件，85%的物種都消失了。可它卻為魚類進(jìn)化過(guò)程中的一場(chǎng)大革命搭好了舞臺(tái)，那就是有頜類的崛起。
現(xiàn)今地球上有99.8%的脊椎動(dòng)物都是有頜類，沒有頜，就沒有喋喋不休的人類。可見，頜的出現(xiàn)是生命演化史上一次重要的飛躍。
“有頜類之所以能一統(tǒng)天下，是因?yàn)樗粌H提高了脊椎動(dòng)物主動(dòng)攝食的能力，還促進(jìn)了呼吸和運(yùn)動(dòng)能力，使體型能迅速增大，這樣，它就能夠占領(lǐng)更為廣闊的生態(tài)位，直至登上陸地，甚至飛上藍(lán)天。”古脊椎所副研究員朱幼安說(shuō)，脊椎動(dòng)物整個(gè)演化潛力都因此得到了極大的提高。
那么，如此重要的演化事件是怎么發(fā)生的？
分子生物學(xué)家早就通過(guò)對(duì)現(xiàn)生的有頜脊椎動(dòng)物進(jìn)行分子鐘研究，推算出它們的共同祖先誕生于志留紀(jì)之前的奧陶紀(jì)晚期（約4.5億年前），因此，最原始的有頜類不會(huì)晚于這個(gè)時(shí)間。但全世界的古生物學(xué)家找遍了志留紀(jì)地層，發(fā)現(xiàn)原始有頜類化石非常少，在志留紀(jì)早期，有頜類甚至可說(shuō)是無(wú)影無(wú)蹤。
明知它們存在，卻怎么也找不到，志留紀(jì)早期的有頜類就這樣成為了古生物學(xué)領(lǐng)域的“幽靈支系” 。找到它們，就是各國(guó)古生物學(xué)家們苦苦尋求的“圣杯” 。
于是，朱敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏遍了中國(guó)志留紀(jì)地層可能含魚化石的兩百多個(gè)地點(diǎn) 。直到2019年，他們終于在貴州、湖南、重慶等地相繼發(fā)現(xiàn)了貴州石阡化石庫(kù)和重慶特異埋藏化石庫(kù)（距今約4.39億至4.36億年），志留紀(jì)早期有頜魚類的“搖籃”和 “史前水族館”得以重見天日。
那里有最古老的有頜類牙齒——黔齒魚的齒旋，它們把有頜類牙齒的最早化石證據(jù)向前推進(jìn)了1400萬(wàn)年；名為“奇跡秀山魚”的盾皮魚類，它的多種骨骼特征，為有頜脊椎動(dòng)物頭骨的演化提供了直接證據(jù)；名為“蠕紋沈氏棘魚”的軟骨魚，顯示了鯊魚“披盔戴甲”的祖先；名為“新塑梵凈山魚”的棘刺鯊魚，解決了志留紀(jì)早期魚類鱗片和棘刺化石的分類爭(zhēng)議；還有同時(shí)期的一種盔甲魚，它雖是無(wú)頜類，但研究人員第一次在魚類身上發(fā)現(xiàn)了成對(duì)的連續(xù)鰭?cǎi)蓿砹伺荐捇蛉祟愃闹碾r形……
古脊椎所研究員蓋志琨認(rèn)為，“這些化石的發(fā)現(xiàn)和研究，為解決許多懸而未決的爭(zhēng)議問題，為重建有頜脊椎動(dòng)物的早期演化歷史，提供了非常重要的證據(jù)” 。
“僵持不前”是一種常態(tài)
要“復(fù)原”一個(gè)志留紀(jì)早期的“水族館” ，研究團(tuán)隊(duì)到底采集了多少化石，準(zhǔn)確說(shuō)是包裹著化石的巖石？
它的單位是以噸計(jì)的。僅2019年一年，團(tuán)隊(duì)在貴州石阡坉坪剖面就挖出了好幾卡車的巖石，重達(dá)4噸，運(yùn)到了曲靖師范學(xué)院自然歷史文化中心的實(shí)驗(yàn)室。
接來(lái)的一年半時(shí)間里，三名全職科研助理再加兩名機(jī)動(dòng)隊(duì)員，在一間30平米的酸處理實(shí)驗(yàn)室，不間斷地展開工作。
他們先要把4噸巖石分批泡進(jìn)密密麻麻排列著的醋水池里，幾天后，用清水沖洗，再降低濃度進(jìn)行二次浸泡，直到巖石里的膠結(jié)物被徹底腐蝕掉，剩下一堆砂子。
這樣反復(fù)篩洗，最終得到了300公斤可能夾雜著化石的砂樣。
如果說(shuō) ，這個(gè)流程只是一項(xiàng)并不費(fèi)腦的重復(fù)勞動(dòng) ，那么接下來(lái)的環(huán)節(jié)，絕對(duì)是一個(gè)“良心活兒” 。
因?yàn)檠芯咳藛T要把這些砂樣分成一小撮一小撮，逐一放到顯微鏡下，去尋找微體化石的蛛絲馬跡。他們最終找到的23顆黔齒魚齒旋，平均長(zhǎng)度只有2.5毫米，稍不留意，就會(huì)錯(cuò)過(guò) 。
這場(chǎng)“沙里淘金”的歷練中，人的耐心和信念感，很容易隨著被篩的砂樣一并帶走。
在無(wú)數(shù)個(gè)一無(wú)所獲的夜里，年輕的科研工作者恨不得從疲憊的大腦中，拎出之前對(duì)古生物學(xué)的所有浪漫想象，一頓“拳打腳踢” 。
“所以，做這份工作一定要有強(qiáng)烈的好奇心。你就想知道砂子里有什么？它們到底有多重要？你才不會(huì)輕易放過(guò)它們。”朱幼安說(shuō)道。
這樣的情緒折磨，朱敏體驗(yàn)過(guò)太多次了。
從2008年開始，他就帶著團(tuán)隊(duì)對(duì)中國(guó)志留紀(jì)自下而上發(fā)育出的三套淺海紅層進(jìn)行了地毯式搜索，分別是下紅層、上紅層和羅德洛統(tǒng)紅層。這些地層遍布安徽、浙江、江蘇、湖北、湖南、貴州、重慶、四川、新疆等地。
老一輩古生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家從上世紀(jì)60年代起，就在這些地層中挖出過(guò)有頜類的微體化石，比如棘刺、鱗片。其中也包括貴州石阡和重慶秀山。可即使有了這些明確的線索，尋找化石的過(guò)程依然同大海撈針一樣艱難。
整整十年，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的化石雖然從多樣性上有所增加，但無(wú)論是化石的年代還是完整性，都沒有質(zhì)的突破。
“越往后，能分析出一些化石的層位里，巖石樣本也越來(lái)越少，真的很困擾我們。”朱敏坦承， “僵持不前”才是古生物學(xué)家野外工作的常態(tài) 。
2019年春節(jié)一過(guò)，朱敏又一次帶著團(tuán)隊(duì)跑到廣西野外，他仍不死心，決定再繞回貴州石阡。
“結(jié)果剛到了原來(lái)的老剖面，我一下就看到旁邊新開了一條公路，它就這么直直地橫穿了一套志留紀(jì)的地層。”不管回憶多少遍，朱敏的眼里都閃著光。
這條公路，仿佛是一條時(shí)光隧道，終于撕開了遮蓋志留紀(jì)早期有頜類演化歷史的屏障。
朱敏派出趙文金研究員帶隊(duì) ，用了小半年時(shí)間，在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的坉坪坡面逐層采樣，直到他們找到了過(guò)去從未發(fā)現(xiàn)過(guò)的化石富集層。
重慶特異埋藏動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn)有著相似的故事。
從2019年9月到2020年10月，朱敏團(tuán)隊(duì)?wèi){借地圖軟件上發(fā)現(xiàn)的一條新路，摸到了一個(gè)重要的化石線索，于是一鼓作氣，連續(xù)三次在秀山川河蓋地區(qū)開展了大規(guī)模挖掘工作，才揭開了這個(gè)嶄新化石群的樣貌。
尋找化石其實(shí)并沒有“運(yùn)氣”一說(shuō)，有的只是在正確的科學(xué)目標(biāo)和前人給出的地質(zhì)線索中，堅(jiān)持長(zhǎng)期主義。
手把手帶出一支“地方軍”
2020年10月12日那天，博士后李強(qiáng)第一次和重慶特異埋藏動(dòng)物群打了個(gè)“照面”，興奮之余，他長(zhǎng)長(zhǎng)地松了一口氣。因?yàn)楹荛L(zhǎng)時(shí)間找不到讓人眼前一亮的化石，他特別擔(dān)心導(dǎo)師會(huì)對(duì)自己失望。
李強(qiáng)在朱敏的博士后中有些特殊。他目前是曲靖師范學(xué)院的副教授，加入朱敏團(tuán)隊(duì)后，又被導(dǎo)師安排到重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院聯(lián)合培養(yǎng)，正是負(fù)責(zé)重慶野外科考的主力。
在這四篇論文中，李強(qiáng)的名字多次出現(xiàn)，有的還是論文一作。和他一樣，在一系列長(zhǎng)長(zhǎng)的作者名單里，有好幾位成員都來(lái)自西南地區(qū)這所名不見經(jīng)傳的地方學(xué)院——曲靖師范學(xué)院。這些年輕人正是朱敏課題組花了4年時(shí)間，手把手帶出來(lái)的“地方軍” 。
云南曲靖是朱敏的“第二故鄉(xiāng)” 。早在100年前，中國(guó)地質(zhì)學(xué)奠基人丁文江就在那里開始地質(zhì)調(diào)查工作。上世紀(jì)80年代，朱敏的導(dǎo)師、中科院院士張彌曼也是在曲靖進(jìn)行化石發(fā)掘，朱敏延續(xù)了張老師的研究工作，從不曾間斷。
“曲靖是全世界古魚類學(xué)家心中的‘朝圣之地’ 。”朱敏這樣形容。因?yàn)槟抢锉４媪艘惶讖闹玖艏o(jì)到泥盆紀(jì)的完整地層，有關(guān)肉鰭魚類，即后來(lái)登陸的魚的早期演化重要發(fā)現(xiàn)都來(lái)自那里。
如果說(shuō)泥盆紀(jì)是“魚類的時(shí)代”，那么曲靖就是魚類時(shí)代的“王國(guó)”，如今，朱敏正是它的守門人。
2018年5月，古脊椎所與曲靖師范學(xué)院合作共建曲靖師院自然歷史文化研究中心，立足于曲靖這片土地上的古魚化石研究，培養(yǎng)一支當(dāng)?shù)氐那嗄耆瞬抨?duì)伍，幫助地方高校提升科研能力，也促進(jìn)當(dāng)?shù)氐墓派镔Y源保護(hù) 。
在古生物領(lǐng)域，以人類演化時(shí)間為中心，越久遠(yuǎn)的便越少人關(guān)注，也越冷清。作為研究所里的“低等室”，朱敏課題組的規(guī)模很有限，正式科研人員只有5名，學(xué)生也不多。
“那么豐富的化石資源并不屬于某一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，光靠我們幾個(gè)人，一輩子也做不完。”因此，朱敏也希望通過(guò)培養(yǎng)當(dāng)?shù)氐那嗄陮W(xué)者來(lái)壯大古脊椎所的研究隊(duì)伍。這也符合他一貫的理念：英雄不問出處。
在朱敏的引薦下，專攻微體化石的英國(guó)伯明翰大學(xué)安爵輔（P. Andreev）博士正式加入曲靖師范學(xué)院，這是學(xué)院引進(jìn)的第一位專職外籍研究人員。他也是此次黔齒魚齒旋和梵凈山魚研究?jī)善狽ature論文的第一作者。
惜才的朱敏，還陸續(xù)推薦了古脊椎所的多位博士到學(xué)院任教，其中一位還是原本打算放棄本專業(yè)轉(zhuǎn)考公務(wù)員的學(xué)生。
過(guò)去幾年，朱敏經(jīng)常派出課題組成員趙文金、蓋志琨、盧靜、朱幼安，為學(xué)院師生們上課、培訓(xùn) 。
他還專門給學(xué)生們建了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，里面收藏了4萬(wàn)余篇文獻(xiàn) 。學(xué)生們的每一篇論文，他都會(huì)精確到每一個(gè)文字、每一個(gè)標(biāo)點(diǎn)、每一篇參考文獻(xiàn)進(jìn)行修改。李強(qiáng)回憶說(shuō)，自己讀博士后的第一篇文章，朱敏整整改了65稿。
朱幼安還記得，中心建立之初，他第一次推開朱敏辦公室的門，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)師抱著一個(gè)筆記本，就窩在一把椅子上敲字，其余什么辦公工具都沒有，這樣一坐就是一天，朱敏卻毫不在意。
今年是朱敏受聘中心主任的第五年，但他一分錢工資也沒領(lǐng)過(guò) 。朱敏希望，通過(guò)張彌曼院士和自己的力量，聚集起更多青年科研人員和平臺(tái)的力量，去推動(dòng)一所地方學(xué)校的特色科研事業(yè) 。
朱敏告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前他已開始在重慶地研院培養(yǎng)一支野外地質(zhì)調(diào)查與研究隊(duì)伍，這對(duì)接下來(lái)重慶特異埋藏化石庫(kù)的持續(xù)發(fā)掘、保護(hù)與利用至關(guān)重要。
來(lái)自審稿人的強(qiáng)力“狙擊”
發(fā)現(xiàn)過(guò)程難，發(fā)表過(guò)程同樣不易。
2022年7月，朱敏團(tuán)隊(duì)的第四篇論文距離第一輪投稿已經(jīng)過(guò)去快10個(gè)月了。
朱幼安終于收到了來(lái)自審稿人的第四輪意見信，上面只有一行字：The revision is completed 。
他的神經(jīng)幾乎緊繃到了最后一刻，這是有緣由的。
研究團(tuán)隊(duì)在這篇論文里詳細(xì)描述了迄今所知最早的保存完好的軟骨魚——沈氏棘魚，從而確證了困擾古生物學(xué)界很多年的鯊魚祖先問題，同時(shí)，分析了奇跡秀山魚的多種特征，為現(xiàn)生有頜脊椎動(dòng)物的頭骨演化提供了重要資料。
“我們想象中，接下來(lái)的劇本應(yīng)該是這樣的：我們發(fā)現(xiàn)分析了這么重要的化石標(biāo)本，編輯應(yīng)該對(duì)此‘五體投地’ ，審稿人對(duì)此“佩服之至”，最后催促我們趕緊發(fā)表。”朱幼安邊笑邊自嘲。
可在現(xiàn)實(shí)中，這篇論文從一開始就遭到了審稿人的強(qiáng)力“狙擊” 。
“論文正文只有4000字，但第一輪審稿意見我們就寫了8000字的回復(fù)，第二輪4000字，第三輪稍有不慎，只寫了2000字，于是，直接被推入第四輪。”朱幼安告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
“其實(shí)所有的審稿意見幾乎都圍繞在比較解剖學(xué)中一些很細(xì)小的問題。”他解釋說(shuō) ，比如秀山魚頭頂有一個(gè)從沒在其他盾皮魚里見過(guò)的關(guān)節(jié)，它與文章解釋的頭與頸部運(yùn)動(dòng)以及頭骨演化有關(guān)，但審稿人說(shuō)什么都看不清這一結(jié)構(gòu) 。
好在，研究團(tuán)隊(duì)有備而來(lái) 。
早在研究過(guò)程中，課題組就引入了一種全新的拍照技術(shù)——全光位拍攝。這種技術(shù)原本是法醫(yī)用來(lái)做筆跡鑒定的。計(jì)算機(jī)軟件會(huì)合成一個(gè)可以隨意運(yùn)動(dòng)的虛擬光源，從40多個(gè)不同角度對(duì)物體表面打光、拍攝，并生成物體表面細(xì)微紋理的三維模型。
“用在古生物成像領(lǐng)域，它可以全方位地呈現(xiàn)一個(gè)化石細(xì)微部位的三維結(jié)構(gòu)，避免人為打光的主觀成分，避免給出一個(gè)作者內(nèi)心想要呈現(xiàn)的化石樣貌。”
于是，朱幼安又花了一個(gè)月時(shí)間，重新拍攝整理了這組全光位照片，打包發(fā)給了審稿人，這個(gè)問題才算過(guò)關(guān) 。
最讓研究團(tuán)隊(duì)意想不到的是，審稿人罕見地?fù)钙鹆宋恼碌挠H緣關(guān)系分析。通常，審稿人不會(huì)詳細(xì)檢查親緣關(guān)系分析所用的矩陣中的上萬(wàn)個(gè)編碼，而且對(duì)大的矩陣進(jìn)行分析需要使用超算平臺(tái)進(jìn)行大規(guī)模的運(yùn)算。
在這篇論文里，向來(lái)重視數(shù)學(xué)分析的朱敏要求團(tuán)隊(duì)對(duì)300多個(gè)屬種、近700個(gè)特征的矩陣進(jìn)行貝葉斯分析，從而確保據(jù)此提出的親緣關(guān)系理論和系統(tǒng)發(fā)育框架是可信的。
“一旦有審稿人對(duì)此提出任何質(zhì)疑，一次大規(guī)模的分析就要在服務(wù)器上最少跑上10天。這也意味著，在此期間，研究所其他課題組的超算工作必須全部讓位。”盡管如此，朱幼安還是做到了有問必應(yīng) 。
事實(shí)上，這并不是這組稿件中唯一一篇?dú)v經(jīng)“磨難”的論文。
朱敏團(tuán)隊(duì)的第一篇文章就曾因?yàn)橐恍┘?xì)枝末節(jié)的爭(zhēng)議問題，接連遭遇《自然》《科學(xué)》審稿人的三輪斃稿。由于同一主題其他文章的出現(xiàn)，編輯部意識(shí)到這一系列化石研究的重要價(jià)值，才把這篇論文又重新“撈”了回來(lái) 。
“審稿人的研究風(fēng)格、審美喜好是不可預(yù)料的，你總會(huì)遇到一些喜歡嚴(yán)厲‘鞭打’你的人。但結(jié)果取決于我們是否足夠細(xì)致，我們給出的證據(jù)是否能經(jīng)受住任何考驗(yàn) 。如果我們能認(rèn)認(rèn)真真回答審稿人給出的哪怕是很苛刻的問題，那么文章發(fā)表以后的幾十年，甚至上百年，我們的結(jié)論都是立得住的，是可靠的。”
朱敏總是這樣勸慰自己的學(xué)生，“幾億年前的化石都找到了，這點(diǎn)審稿時(shí)間更要沉得住氣” 。
相關(guān)論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05166-2https://doi.org/10.1038/s41586-022-05136-8https://doi.org/10.1038/s41586-022-04897-6https://doi.org/10.1038/s41586-022-05233-8