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        作者:胡珉琦 來源: 中國科學報 發布時間:2022/9/29 9:04:25
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        四篇論文同期發表于《自然》
        重建一個志留紀早期“水族館”

         

        最新發現的5種志留紀古魚新屬種的三維藝術復原圖。從上到下分別為蠕紋沈氏棘魚、新塑梵凈山魚、雙列黔齒魚、靈動土家魚和奇跡秀山魚。擬石科技制圖

        ■本報記者 胡珉琦

        9月28日,《自然》在同一期發表了同一團隊的4篇論文。它們皆出自中國科學院院士、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(以下簡稱古脊椎所)研究員朱敏團隊。

        “一鍵四連”震驚了整個古生物學界。國際古脊椎動物學會前主席、澳大利亞弗林德斯大學教授John Long撰文稱,它們改寫了有頜脊椎動物早期演化歷史的幾乎所有方面。

        朱敏對這些說法有些誠惶誠恐。他更喜歡同行羨慕地說:“你們重建了志留紀早期的一個‘水族館’。”“水族館”里有什么?當研究團隊在第一篇論文中試圖回答這個問題時,曾接連遭遇《自然》《科學》審稿人的三輪斃稿。

        非凡的結論,要有非凡的證據。朱敏團隊為了尋找演化的證據究竟付出了什么?

        尋找“幽靈支系”

        過去10余年,朱敏一直在跟一群“幽靈”一樣的化石死磕。

        奧陶紀末(約4.44億年前),地球上發生了第一次大規模生物集群滅絕事件,85%的物種消失??伤鼌s為魚類進化過程中的一場大革命搭好了舞臺,那就是有頜類的崛起。

        現今地球上有99.8%的脊椎動物都是有頜類??梢?,頜的出現是生命演化史上一次重要的飛躍。

        “有頜類能一統天下,是因為頜不僅提高了脊椎動物主動攝食能力,還促進了呼吸和運動能力,使體形迅速增大。這樣就能占領更為廣闊的生態位,直至登上陸地,甚至飛上藍天。”古脊椎所副研究員朱幼安說,整個脊椎動物的演化潛力都因此得到了極大提高。

        那么,如此重要的演化事件是怎么發生的?

        分子生物學家早就通過對現生的有頜脊椎動物進行分子鐘研究,推算出它們的共同祖先誕生于志留紀之前的奧陶紀晚期(約4.5億年前)。也就是說,最原始的有頜類不會晚于這個時間。但全世界古生物學家找遍志留紀地層,發現原始有頜類化石非常少。

        明知存在,卻怎么也找不到。志留紀早期有頜類就這樣成了古生物學領域的“幽靈支系”。

        朱敏帶領團隊踏遍了中國志留紀地層可能含魚化石的200多個地點。直到2019年,他們在貴州、湖南、重慶等地相繼發現了貴州石阡化石庫和重慶特異埋藏化石庫(距今約4.39億年至4.36億年前),志留紀早期有頜魚類的“搖籃”和“史前水族館”才得以重見天日。

        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向前推進了1400萬年;名為“奇跡秀山魚”的盾皮魚類,多種骨骼特征為有頜脊椎動物頭骨的演化提供了直接證據;名為“蠕紋沈氏棘魚”的軟骨魚,顯示了鯊魚“頂盔摜甲”的祖先;名為“新塑梵凈山魚”的棘刺鯊魚,解決了志留紀早期魚類鱗片和棘刺化石的分類爭議問題;同時期的一種盔甲魚雖是無頜類,但研究人員第一次在魚類身上發現了成對的連續鰭褶,代表了偶鰭或人類四肢的雛形……

        古脊椎所研究員蓋志琨認為:“這些化石的發現和研究,為解決許多懸而未決的爭議問題、重建有頜脊椎動物的早期演化歷史,提供了非常重要的證據。”

        “僵持不前”是一種常態

        要“復原”一個志留紀早期的“水族館”,研究團隊到底采集了多少化石——準確說是包裹著化石的巖石?

        單位是以噸計的。僅2019年一年,團隊在貴州石阡坉坪剖面就挖出了好幾卡車巖石,重達4噸,運到了曲靖師范學院自然歷史文化中心實驗室。接下來一年半,3名全職科研助理再加兩名機動隊員,不間斷地展開工作。

        他們先把4噸巖石分批泡進密密麻麻排列著的醋水池里,幾天后用清水沖洗,再降低濃度進行二次浸泡,直到巖石里的膠結物被徹底腐蝕掉,剩下一堆砂子。這樣反復篩洗,最終得到了300公斤可能夾雜著化石的砂樣。

        研究人員把這些砂樣分成一小撮一小撮,逐一放到顯微鏡下,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,平均長度只有2.5毫米,稍不留意就會錯過。

        這場“沙里淘金”的歷練中,人的耐心和信念很容易被一并帶走。在無數個一無所獲的夜里,年輕的科研工作者恨不得從疲憊的大腦中拎出之前對古生物學的所有浪漫想象,一頓“拳打腳踢”。

        “所以,做這份工作一定要有強烈的好奇心。你就想知道砂子里有什么、它們到底有多重要,才不會輕易放過它們。”朱幼安說。

        這樣的情緒折磨,朱敏體驗過太多次。從2008年開始,他就帶著團隊對中國志留紀自下而上發育出的3套淺海紅層進行了地毯式搜索。整整10年,發現的化石雖然在多樣性上有所增加,但無論是化石的年代還是完整性,都沒有質的突破。

        朱敏坦承,“僵持不前”才是古生物學家野外工作的常態。

        2019年春節一過,朱敏又一次帶著團隊跑野外。他仍不死心,決定再繞回貴州石阡。“結果剛到原來的老剖面,我一下看到旁邊新開了一條公路,就這么直直地橫穿了一套志留紀地層。”不管回憶多少遍,朱敏的眼里都閃著光。

        這條公路,仿佛是一條時光隧道,終于撕開了遮蓋志留紀早期有頜類演化歷史的屏障。

        朱敏派出趙文金研究員帶隊,用了小半年時間,在這個新發現的坉坪坡面逐層采樣,直到他們找到了過去從未發現過的化石富集層。

        尋找化石其實并沒有“運氣”一說,有的只是在正確的科學目標和前人給出的地質線索中,堅持長期主義。

        來自審稿人的強力“狙擊”

        發現過程難,發表過程同樣不易。

        2022年7月 ,朱敏團隊第四篇論文距離投稿已經過去快10個月了,朱幼安終于收到了來自審稿人的第四輪意見信。上面只有一行字:The revision is completed(修訂完成)。

        研究團隊在這篇論文里詳細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界很多年的鯊魚祖先問題,同時分析了奇跡秀山魚的多種特征,為現生有頜脊椎動物的頭骨演化提供了重要資料。

        “我們想象中的劇本應該是這樣的:我們發現分析了這么重要的化石標本,編輯應該對此‘五體投地’,審稿人‘佩服之至’,最后催促我們趕緊發表。”朱幼安邊笑邊自嘲。

        可在現實中,這篇論文從一開始就遭到了審稿人的強力“狙擊”。

        “論文正文只有4000字,但第一輪審稿意見我們就回復了8000字,第二輪4000字,第三輪只寫了2000字,于是直接被推入第四輪。”朱幼安告訴《中國科學報》。

        “其實所有審稿意見幾乎都圍繞一些很小的問題提出。”他解釋說,比如秀山魚頭頂有一個從未在其他盾皮魚里見過的關節,但審稿人說看不清這一結構。

        研究團隊有備而來,早就引入了一種全新的拍照技術——全光位拍攝。這種技術原本是法醫用來做筆跡鑒定的。“用在古生物成像領域,可以全方位呈現一個化石細微部位的三維結構,避免人為打光的主觀成分而給出作者內心想要呈現的化石樣貌。”

        最讓研究團隊意想不到的是,審稿人罕見地摳起了文章的親緣關系分析。好在向來重視數學分析的朱敏要求團隊對300多個屬種、近700個特征的矩陣進行貝葉斯分析,從而確保據此提出的親緣關系理論和系統發育框架是可信的。

        事實上,這并不是這組稿件中唯一一篇歷經“磨難”的論文。

        朱敏團隊第一篇文章就曾因為一些細枝末節的爭議問題,接連遭遇《自然》《科學》審稿人三輪斃稿。由于同一主題其他文章的出現,編輯部意識到這一系列化石研究的重要價值,才把這篇論文重新“撈”了回來。

        “審稿人的研究風格、審美喜好是不可預料的,總會遇到一些喜歡嚴厲‘鞭打’你的人。但結果取決于我們是否足夠細致、給出的證據能否經受住任何考驗。如果能認認真真回答審稿人哪怕很苛刻的問題,那么文章發表以后幾十年甚至上百年,我們的結論都是立得住的、是可靠的。”朱敏說。

        朱敏總是這樣勸慰自己的學生,“幾億年前的化石都找到了,這點審稿時間更要沉得住氣”。

        相關論文信息:

        https://doi.org/10.1038/s41586-022-05166-2

        https://doi.org/10.1038/s41586-022-05136-8

        https://doi.org/10.1038/s41586-022-04897-6

        https://doi.org/10.1038/s41586-022-05233-8

        《中國科學報》 (2022-09-29 第1版 要聞)
         
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