中科院南京地质古生物研究所研究员殷宗军
“做古生物研究，特别要坐得住冷板凳。”中科院南京地质古生物研究所研究员殷宗军说。十多年来，他始终专注于这个冷门学科，希望揭开化石背后隐藏的动物演化历史。这份坚持源于热爱，也来自于科研的进展、院所的支持。
一个个直径1毫米左右的微小化石，被小心翼翼地从岩石中分离出来后，放到显微镜下，使用超高分辨率X射线显微断层成像技术进行三维扫描，化石的立体结构就在显示仪上得以重构。在此基础上进行分析，就可以揭开化石背后隐藏的动物演化历史。这是中科院南京地质古生物研究所研究员殷宗军每天的工作。这位35岁青年科学家领导的研究团队，采用最新三维无损成像技术，扫描了300多个旋孔虫化石标本，显示旋孔虫的内部存在细胞分裂现象——这种发育方式，与动物胚胎早期发育非常类似。“6亿年前的瓮安旋孔虫，是现代动物的远古近亲。”近期，他在《科学》杂志子刊《科学进展》发表的一篇论文中，给出了这样的结论。“这是我对‘达尔文之困’的一个初步回答。”殷宗军说。个头不高、思维活跃、语速极快，卫衣上印着“自律给我自由”，像极了他一贯的行事风格。十多年来，这项研究和他的梦想，从未停止。
热爱，执着于动物起源之谜
2006年，中国地质大学（武汉）大三学生殷宗军放弃本校的研究生保送资格，选择了考研——向中科院南京地质古生物研究所这个全国古生物研究高地发起冲击。为什么有这样大的决心？这和他为自己定下的研究道路有关。殷宗军从小生长在大别山区，姐姐送给他一套《小学生自然百科》，“这套书共6本，我最喜欢《地学》和《动物》，一个讲了地球上的岩石矿物、名山大川，一个从远古动物讲到人类诞生。我爱不释手，书很快就翻烂了。”殷宗军说。地学与动物学交叉，不就是古生物学吗？许多年后回头看，他意识到，科学的种子在那时就已悄悄种在了心间。
考大学时，殷宗军填报了地质学专业。师兄师姐说，地质学这个专业的本科毕业生最吃香、有“钱途”，反而是往上读古生物学的硕士、博士，越来越冷门。但殷宗军却早早决定要读研。他在课堂上了解到，达尔文曾提到一个挑战进化论的难题：绝大多数现代高等动物的祖先，在5.41亿到5.18亿年前的寒武纪早期，以大爆发的形式突然出现在地层中，这一现象后世称之为“寒武纪生命大爆发”；而寒武纪之前地球的漫长历史中，却缺乏与动物相关的化石记录。对此，达尔文的解释是化石记录保存的不完整性，寒武纪之前的动物可能没有留下化石记录。这个解释在此后100多年里引起了很大争议，被称为“达尔文之困”。“100多年过去了，‘达尔文之困’怎么还是个谜？”殷宗军给自己定下的目标就是，当科学家，探究知识的边界。
钻研，探究微小化石里的生物密码
带着追问，殷宗军来到南古所进行毕业设计。他选择的目标是瓮安生物群。瓮安生物群，主产于贵州瓮安北斗山含磷地层，以磷酸盐化方式保存着6亿年前的化石，诞生于寒武纪大爆发以前。因此，这座可能保存了全世界最古老动物的化石库，被学界视为“动物世界的黎明”。“2006年夏天，我从北斗山采了几百斤石头，打包发往南京，大海捞针一样寻找化石。”殷宗军记忆中，那个夏天非常炎热，他先用化学方法将几百斤石头融化，再在残渣中一点一点寻找化石，用显微镜观察。因为怕石头残渣被风吹散，也不敢开电扇。终于，殷宗军找到了大量从未见过的化石。其中有一种化石十分特别，直径只有不到1毫米、外形很像现代动物胚胎、表面上长着螺旋状线圈，这就是后来被称为“瓮安旋孔虫”的化石。通过显微镜和扫描电镜，观察分析新发现化石的形态学结构，对完成毕业论文来说就足够了。但神秘化石内部是什么结构？它们究竟是动物、植物，还是藻类？这些还需要深入研究。“我想从事感兴趣的研究，只有一条路走到底。”殷宗军说。硕士二年级时，他接受遴选并获得了直接攻读博士学位的机会。这些化石标本非常微小，当时最薄的刀片都比它们厚。想要重现内部结构，就要采用医院里CT扫描仪那样的专业设备。当时，欧洲拥有世界上最先进的同步辐射加速器，能扫描微米级别的物体内部结构。读博阶段，殷宗军申请到法国留学，带着几千枚样本，去探究小小化石中的生物密码。
但即便有了设备，“做CT”也不是易事。这种大型科学装置并非为扫描微体化石量身定制，因此用来给微体化石“做CT”时，扫描方法和诸多参数都要反复摸索和调整。例如光源设定，太弱了信号穿不透，太强了则易过曝。“学习了几个月，才掌握扫描技术。遗憾的是，瓮安旋孔虫化石有很厚的囊包，内部结构大多已经腐烂，所有样本都没有扫描到内部结构，也就无从了解它究竟是什么。”好在留学期间殷宗军还有其他收获：通过扫描带来的其他样本，发现了最早的海绵动物、最早的胚胎化石……这些研究，离回答“达尔文之困”还有一段距离。“我们不能每次都千里迢迢跑到欧洲，用别人的机器去扫描化石。”殷宗军开始思考，要有先进技术，让自己的团队来给化石“做CT”。
创新，让前沿技术助力古老学科
把先进的同步辐射加速器“搬”回来，并不现实。没别的路，只能依靠创新。在南古所支持下，2012年博士毕业留所后，殷宗军着手建立化石显微CT实验室，并于2015年建成。走进这个实验室，仪器设备一应俱全：硬件上，有“CT机”、显微镜、图形工作站、数位屏；软件上，有各类专业的图像数据处理和三维可视化工具。它不仅用于瓮安生物群化石的研究，也支撑了琥珀中昆虫多样性、森林的起源等古生物学其他课题的研究。“这个实验室有原始创新，也有集成创新。”殷宗军介绍，正在申请专利的多样本扫描技术就是一项自主创新。“人工将样本逐个放到样品台上扫描，费时耗力，如果能实现自动化不间断扫描，就可以帮助科研人员腾出手，大幅提高设备利用效率。”殷宗军说，前沿信息技术与这门古老学科可以碰撞出火花。他通过软件设定参数和程序，让样品台不仅“知道”每个样本的扫描时间和方式，还可以“找到”排着队的下一个样本，并且将它“请上台”。2020年6月，瓮安旋孔虫化石研究有了突破性进展，经过对化石内部结构和生物学信息的分析，证实了它们是单细胞生命，属于动物的“姐妹类群”，据此可以了解动物共同祖先的生物学信息，这对理解第一个动物究竟从何而来，提供了重要化石信息。
“做古生物研究，特别要坐得住冷板凳。我之所以能坚持下来，除了自身的热爱，也在于院所的无条件支持，以及研究过程中的一项项进展，让年轻科学家在起步阶段就可以大展拳脚，品尝到成功的喜悦。”殷宗军说，动物演化的真相正在逐渐显现，“达尔文之困”终有一天会彻底解开。
来源：《 人民日报 》（ 2021年01月13日 第 12 版）
作者：姚雪青
编辑：诸鹏飞