北京時間10月27日晚，《自然》（Nature）雜志以“長文”（Article）形式刊發了西北大學早期生命研究團隊張志飛教授指導的博士生張志亮等人的最新成果——《化石證據揭示苔蘚動物門起源于寒武紀早期》，宣告在陜南鎮巴縣發現了地球上已知最早的苔蘚動物（苔蘚蟲）化石。該研究將苔蘚動物門的地質歷史從奧陶紀前推到寒武紀大爆發早期，將其起源向前推進了約5千萬年。

張志亮是論文第一作者，西北大學為第一完成和通訊單位。這是由舒德干院士領銜的西北大學早期生命與環境創新研究團隊自1996年以來在《自然》（Nature）《科學》（Science）上發表的第15篇論文。

該研究進一步支持了舒德干團隊提出的“三幕式寒武紀大爆發”假說，完善了寒武紀地球動物樹歷時四千萬年的構建過程，有效地銜接了由三大動物亞界（基礎動物、原口動物和后口動物）爆發性、分階段出現的化石證據鏈。

揭示苔蘚蟲的寒武紀起源

寒武紀大爆發是地球上已知最為宏偉的兩側對稱動物的生命爆發事件。在距今5.4-5.18億年前，地球海洋中突然爆發性地出現了包括脊椎動物在內的幾乎所有現代動物的早期祖先代表。但是，地質歷史中非常重要的動物門類—苔蘚動物門，卻一直缺乏確鑿的寒武紀化石記錄。它們個體微小、群體生活、模塊化生長、生態復雜，一直以來被認為是奧陶紀大輻射的產物。

西北大學研究團隊在陜南鎮巴縣小洋壩剖面燈影組西蒿坪段的生物碎屑灰巖中，通過酸蝕處理，發現了毫米級的微體化石。經課題組前期研究，聯合澳大利亞麥考瑞大學教授、西北大學兼職教授Glenn A. Brock，并與中國科學院南京地質古生物研究所、英國自然歷史博物館、瑞典自然歷史博物館等國際學者合作研究，認為這些微體化石代表了地球上已知最早的苔蘚動物（苔蘚蟲）化石。

舒德干院士介紹，“過去許多古生物學家在努力探索，只發現苔蘚動物最早的群體化石記錄是在4億多年前的奧陶紀地層，現在張志飛、張志亮等人發現了它們起源于5億多年前的可靠證據，把它們的起源提前了至少5千萬年”。研究還發現，兩側對稱動物的模塊化生長和群落分布比想象的要早得多，提出現代苔蘚蟲可能起源于群居的祖先類型。根據最新的三葉蟲與腕足動物組合特征，研究認為陜南鎮巴地區的西蒿坪段屬于寒武系第三階下部，相當于滇東地區的筇竹寺階黑林鋪組玉案山段底部，屬于擬小阿貝德蟲三葉蟲帶。相比之下，我國著名的澄江動物群主要產于我國滇東地區的玉案山段中上部，屬于始萊德利基蟲-武定蟲（Eoredlichia-Wutingaspis）三葉蟲帶，因此地球發現的最早苔蘚動物化石出現明顯比澄江動物群早。

苔蘚動物個體微小，多呈管狀或囊狀，身體外部有表皮細胞分泌的鈣質或幾丁質蟲室，屬于典型的包殼造礁動物，通常生活在其它殼體動物或者硬底質海洋表面。該化石在陜南泥質灰巖中的發現，表明了寒武紀苔蘚動物與后期屬種相似，適宜在清澈的硬底質環境中生活。這揭示了泥頁巖化石庫中缺乏苔蘚動物化石的原因。該類化石的研究對理解地球宜居性演變以及底棲（草根）動物如何改造地球、適應地球的過程有重要意義。

“在5.3億年前地層中發現苔蘚動物門的源頭，這件事再次完美地支持了‘三幕式寒武紀大爆發’假說的正確性，或者說它進一步證實了這個假說具有可靠的科學預言性。”舒德干說。三幕式寒武紀大爆發假說是西北大學早期生命團隊2008和2009年提出的，大膽預言了地球上動物界的所有門類起源成型的具體時間、過程和規律。

比芝麻還小的化石發現真不易

舒德干說：“多個動物門類的源頭探索，其中比較容易發現的門類，過去都陸續被發現了，剩下的都是一些很難啃的‘硬骨頭’。苔蘚動物門在海洋中是一個重要門類，很難被發現，因為它們只有毫米級大小。”

2015年，張志飛帶領學生張志亮、陳飛揚等赴湖北宜昌、四川南江、陜西鎮巴等地，采集了大量生物碎屑灰巖。回到西北大學后，張志亮開始了漫長的酸蝕實驗：巖樣破碎、醋酸溶解、分門別類……長達三年多的時間，他處理了約三萬二千枚化石。

在此過程中，有一枚比芝麻還小一倍的奇特化石，讓他印象深刻。“我至今都記得初次把它放到顯微鏡下的瞬間，‘美妙驚奇，嘆為觀止’所有美好的詞匯都不及眼下小小的世界。”張志亮回憶道。

“總覺得這枚化石形態結構奇特，但它到底是什么？”疑問始終困擾著張志亮。2017年赴瑞典交流學習期間，他用掃描電子顯微鏡為它拍了許多照片。訪問瑞典自然歷史博物館期間，館長Christian B. Skovsted認為這枚化石可能意義非凡，但只有一枚標本，開展研究的阻力較大，讓他再繼續尋找。

也許念念不忘，也許是天意使然，苔蘚動物與張志亮要在5億多年的時光流轉中相遇相識。2017年，Glenn A. Brock訪問課題組，張志亮習慣性地拿出了這枚化石照片。Glenn看后，驚呼 “天哪！1993年我曾在澳大利亞見過類似的標本！”這一刻，張志亮的眼睛亮了。“5億多年前，澳大利亞板塊與中國華南板塊臨近，相似的化石在兩個板塊上的同時出現，證明我們曾經的偶然發現并非巧合！”

赴澳大利亞麥考瑞大學工作期間，張志亮見到了1993年的模式標本。當打開顯微鏡，看到形態、結構、模塊構建一致的它們，讓他更加堅信，在世界的某塊巖石中一定還存在著它們的“兄弟姐妹”。基于地質知識的積累，他初步判斷在澳大利亞弗林德斯山脈模式標本產地附近應該會有相似的化石。

經過漫長的采樣、補樣，張志亮終于找到了另外4枚形態結構相似的化石。跟張志飛老師和合作的專家討論后，初步確認標本實為苔蘚動物化石，初步印證了他們前期的猜想。這讓張志亮激動不已，“與其說是我發現了它，不如說是化石發現了我”。

6年的執著換來14天通過Nature初審

苔蘚動物與腕足動物、帚蟲動物一起被稱為觸手冠動物，共同具有馬蹄形的觸手冠取食結構。苔蘚蟲室多呈管狀或囊狀，個體連片群居，呈現樹枝狀，外形很像苔蘚植物。苔蘚蟲消化道呈現U型，肛門位于觸手冠之外，故名外肛動物。

張志亮在華南找到的1枚化石雖然與澳大利亞的標本相似，但都沒有完好保存口部結構。和導師張志飛深入探討后，他們共同認為還是需要繼續尋找和等待，等待完備的證據發現才能邏輯嚴密，這是師徒共同堅守的學術標準。

終于，功夫不負有心人。2019年，他們終于如愿在澳大利亞弗林德斯山脈附近找到了非常關鍵的一枚化石。興奮之余又冷靜下來，將國內外苔蘚動物專家請教遍了，最終決定把文章目標聚焦Nature。

支撐材料成稿過程中，各方向專家應邀加入了研究工作，共同完善掃描電鏡（SEM和BSEM)、X射線斷層掃描（μ-CT）、3D可視化、系統學數據分析等研究，將學科交叉融合的優勢發揮到極致。

經過2年半的團隊研究，發現這些化石呈現對稱網狀，背對背兩面覆有表皮細胞分泌幾丁質蟲室。蟲室缺乏明顯的礦化，縱向5列或7列交替排列，顯示清楚的模塊化幾何特征，整體外形呈葉狀。化石研究表明苔蘚動物蟲室整齊的幾何排列和復雜性的模塊化生長起源于5.3億年前，這是寒武紀大爆發重要的生態創新。

經過52個特征，18個類群和2個外群的最大簡約法和貝葉斯分支系統學分析研究，表明化石苔蘚動物門房原始蜂巢蟲（Protomelission gatehousei）代表化石和現生苔蘚動物的基干類群，為最原始祖先類型。

文章改到第20版，往來郵件兩百多封后，張志飛師徒認為，時機到了！2021年8月3日，他們向Nature投出文章及文件附件，兩周后便得到了官方初審通知。

博士成果是創新是底氣更是必然

2013年，88年的張志亮從中北大學物理系跨考進入西北大學地質學系古生物學與地層學專業學習，師從張志飛教授。自此開啟了他與石頭打交道的日常。

在導師的指導下，他開始從事石灰石中殼體化石的研究。“醋酸溶解后，經過幾個月的周期，微型化石得以大量顯現，每一次都是令人激動的‘拆盲盒’”。興趣使然，張志亮選擇直博，因緣際會成為張志飛的第一位博士研究生。“基礎差、底子薄、起步晚”是張志亮對自己的評價，但張志飛老師說，只要有興趣、愿意干，才是最重要的。

博士期間，張志亮幾次申請國家留學基金委獎學金未果。依托“一流學科”的堅實后盾，2015年及2017年在導師張志飛杰青項目資助下先后兩次赴瑞典烏普薩拉大學交流學習約15個月，考察了英國、愛沙尼亞和瑞典等多個國家的相關地層。這段時間，張志亮在考察地層、踏勘調研、材料分析、手稿撰寫等方面都有了“飛躍”性的提高。“即使遠隔萬里，張志飛老師依舊緊密監督我，時刻關注我的學習狀況，一步步教會我如何從材料中提取有效信息，撰寫文章。”課余，他抓住機會與國外學術大咖交流，“利用喝咖啡的時間擴充知識”。假期，他就去野外踏勘，收集材料。正是有了這段經歷，張志亮養成了全局思考問題的習慣。

他在烏普薩拉大學現代化石生物學實驗室學習期間，利用先進設備，將手中的材料進行分析，制樣、掃描成像、歸檔整理。2017年，張志亮新發表了3篇SCI，在寒武紀腕足動物個體發育和異速生長方面取得了重要進展和原始突破，提出了乳孔貝腕足動物的發育模型。

“事業后繼有人”是張志飛老師最驕傲的事情，“能力、人格和擔當是我培養學生的基礎標準，研究過程中，給方向、給平臺、給支持、給信任是我的義務與責任。所以我資助他全額出國，他很有興趣，很投入，也很細心”。

2018年，張志亮獲西北大學博士學位，同年經過選拔獲得澳大利亞4年期的麥考瑞大學研究資助（Macquarie University Research Fellowship）。其學位論文先后入選西北大學優秀博士學位論文和2020年度陜西省優秀博士學位論文。談及師生間的默契關系，張志飛說：“老師把握好方向、說清楚意義，及時跟蹤指出進展問題，接下來就是要充分相信學生的創造力！”博士期間的學習經歷為張志亮積蓄了寶藏般的學術實力，除了掌握多維度的數據資源，更多是在張志飛老師堅持“以我為主、國際合作、聯合培養”橋梁似的紐帶下，連通的國際化思維與視野。

“只要學生努力認真，我們有實力、有能力、有信心，把你培養成為地質學拔尖人才”張志飛說，這也是地質學系專業教師們的共同信仰。從院士到零基礎的學生，西大地質人時刻都在用心、用情、用實力打造“學在地質”的精品育人品牌。

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