北京時(shí)間10月27日晚，《自然》（Nature）雜志以“長(zhǎng)文”（Article）形式刊發(fā)了西北大學(xué)早期生命研究團(tuán)隊(duì)張志飛教授指導(dǎo)的博士生張志亮等人的最新成果——《化石證據(jù)揭示苔蘚動(dòng)物門起源于寒武紀(jì)早期》，宣告在陜南鎮(zhèn)巴縣發(fā)現(xiàn)了地球上已知最早的苔蘚動(dòng)物（苔蘚蟲）化石(https://www.nature.com/articles/s41586-021-04033-w)。該研究將苔蘚動(dòng)物門的地質(zhì)歷史從奧陶紀(jì)前推到寒武紀(jì)大爆發(fā)早期，將其起源向前推進(jìn)了約5千萬(wàn)年。
張志亮是論文第一作者，西北大學(xué)為第一完成和通訊單位。這是由舒德干院士領(lǐng)銜的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)自1996年以來(lái)在《自然》（Nature）《科學(xué)》（Science）上發(fā)表的第15篇論文。
該研究進(jìn)一步支持了舒德干團(tuán)隊(duì)提出的“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)”假說，完善了寒武紀(jì)地球動(dòng)物樹歷時(shí)四千萬(wàn)年的構(gòu)建過程，有效地銜接了由三大動(dòng)物亞界（基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物和后口動(dòng)物）爆發(fā)性、分階段出現(xiàn)的化石證據(jù)鏈。
揭示苔蘚蟲的寒武紀(jì)起源
寒武紀(jì)大爆發(fā)是地球上已知最為宏偉的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的生命爆發(fā)事件。在距今5.4-5.18億年前，地球海洋中突然爆發(fā)性地出現(xiàn)了包括脊椎動(dòng)物在內(nèi)的幾乎所有現(xiàn)代動(dòng)物的早期祖先代表。但是，地質(zhì)歷史中非常重要的動(dòng)物門類—苔蘚動(dòng)物門，卻一直缺乏確鑿的寒武紀(jì)化石記錄。它們個(gè)體微小、群體生活、模塊化生長(zhǎng)、生態(tài)復(fù)雜，一直以來(lái)被認(rèn)為是奧陶紀(jì)大輻射的產(chǎn)物。
西北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在陜南鎮(zhèn)巴縣小洋壩剖面燈影組西蒿坪段的生物碎屑灰?guī)r中，通過酸蝕處理，發(fā)現(xiàn)了毫米級(jí)的微體化石。經(jīng)課題組前期研究，聯(lián)合澳大利亞麥考瑞大學(xué)教授、西北大學(xué)兼職教授Glenn A. Brock，并與中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、英國(guó)自然歷史博物館、瑞典自然歷史博物館等國(guó)際學(xué)者合作研究，認(rèn)為這些微體化石代表了地球上已知最早的苔蘚動(dòng)物（苔蘚蟲）化石。
舒德干院士介紹，“過去許多古生物學(xué)家在努力探索，只發(fā)現(xiàn)苔蘚動(dòng)物最早的群體化石記錄是在4億多年前的奧陶紀(jì)地層，現(xiàn)在張志飛、張志亮等人發(fā)現(xiàn)了它們起源于5億多年前的可靠證據(jù)，把它們的起源提前了至少5千萬(wàn)年”。研究還發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的模塊化生長(zhǎng)和群落分布比想象的要早得多，提出現(xiàn)代苔蘚蟲可能起源于群居的祖先類型。根據(jù)最新的三葉蟲與腕足動(dòng)物組合特征，研究認(rèn)為陜南鎮(zhèn)巴地區(qū)的西蒿坪段屬于寒武系第三階下部，相當(dāng)于滇東地區(qū)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(guó)著名的澄江動(dòng)物群主要產(chǎn)于我國(guó)滇東地區(qū)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(fā)現(xiàn)的最早苔蘚動(dòng)物化石出現(xiàn)明顯比澄江動(dòng)物群早。
苔蘚動(dòng)物個(gè)體微小，多呈管狀或囊狀，身體外部有表皮細(xì)胞分泌的鈣質(zhì)或幾丁質(zhì)蟲室，屬于典型的包殼造礁動(dòng)物，通常生活在其它殼體動(dòng)物或者硬底質(zhì)海洋表面。該化石在陜南泥質(zhì)灰?guī)r中的發(fā)現(xiàn)，表明了寒武紀(jì)苔蘚動(dòng)物與后期屬種相似，適宜在清澈的硬底質(zhì)環(huán)境中生活。這揭示了泥頁(yè)巖化石庫(kù)中缺乏苔蘚動(dòng)物化石的原因。該類化石的研究對(duì)理解地球宜居性演變以及底棲（草根）動(dòng)物如何改造地球、適應(yīng)地球的過程有重要意義。
“在5.3億年前地層中發(fā)現(xiàn)苔蘚動(dòng)物門的源頭，這件事再次完美地支持了‘三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)’假說的正確性，或者說它進(jìn)一步證實(shí)了這個(gè)假說具有可靠的科學(xué)預(yù)言性?！笔娴赂烧f。三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說是西北大學(xué)早期生命團(tuán)隊(duì)2008和2009年提出的，大膽預(yù)言了地球上動(dòng)物界的所有門類起源成型的具體時(shí)間、過程和規(guī)律。
比芝麻還小的化石，發(fā)現(xiàn)真不易！
舒德干說：“多個(gè)動(dòng)物門類的源頭探索，其中比較容易發(fā)現(xiàn)的門類，過去都陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)了，剩下的都是一些很難啃的‘硬骨頭’。苔蘚動(dòng)物門在海洋中是一個(gè)重要門類，很難被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈冎挥泻撩准?jí)大小?！?/p>
2015年，張志飛帶領(lǐng)學(xué)生張志亮、陳飛揚(yáng)等赴湖北宜昌、四川南江、陜西鎮(zhèn)巴等地，采集了大量生物碎屑灰?guī)r。回到西北大學(xué)后，張志亮開始了漫長(zhǎng)的酸蝕實(shí)驗(yàn)：巖樣破碎、醋酸溶解、分門別類……長(zhǎng)達(dá)三年多的時(shí)間，他處理了約三萬(wàn)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?！拔抑两穸加浀贸醮伟阉诺斤@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?！睆堉玖粱貞浀馈?/p>
“總覺得這枚化石形態(tài)結(jié)構(gòu)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(xué)習(xí)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(zhǎng)Christian B. Skovsted認(rèn)為這枚化石可能意義非凡，但只有一枚標(biāo)本，開展研究的阻力較大，讓他再繼續(xù)尋找。
也許念念不忘，也許是天意使然，苔蘚動(dòng)物與張志亮要在5億多年的時(shí)光流轉(zhuǎn)中相遇相識(shí)。2017年，Glenn A. Brock訪問課題組，張志亮習(xí)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(biāo)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(guó)華南板塊臨近，相似的化石在兩個(gè)板塊上的同時(shí)出現(xiàn)，證明我們?cè)?jīng)的偶然發(fā)現(xiàn)并非巧合！”
赴澳大利亞麥考瑞大學(xué)工作期間，張志亮見到了1993年的模式標(biāo)本。當(dāng)打開顯微鏡，看到形態(tài)、結(jié)構(gòu)、模塊構(gòu)建一致的它們，讓他更加堅(jiān)信，在世界的某塊巖石中一定還存在著它們的“兄弟姐妹”?；诘刭|(zhì)知識(shí)的積累，他初步判斷在澳大利亞弗林德斯山脈模式標(biāo)本產(chǎn)地附近應(yīng)該會(huì)有相似的化石。
經(jīng)過漫長(zhǎng)的采樣、補(bǔ)樣，張志亮終于找到了另外4枚形態(tài)結(jié)構(gòu)相似的化石。跟張志飛老師和合作的專家討論后，初步確認(rèn)標(biāo)本實(shí)為苔蘚動(dòng)物化石，初步印證了他們前期的猜想。這讓張志亮激動(dòng)不已，“與其說是我發(fā)現(xiàn)了它，不如說是化石發(fā)現(xiàn)了我”。
6年的執(zhí)著 換來(lái)14天通過Nature初審
苔蘚動(dòng)物與腕足動(dòng)物、帚蟲動(dòng)物一起被稱為觸手冠動(dòng)物，共同具有馬蹄形的觸手冠取食結(jié)構(gòu)。苔蘚蟲室多呈管狀或囊狀，個(gè)體連片群居，呈現(xiàn)樹枝狀，外形很像苔蘚植物。苔蘚蟲消化道呈現(xiàn)U型，肛門位于觸手冠之外，故名外肛動(dòng)物。
張志亮在華南找到的1枚化石雖然與澳大利亞的標(biāo)本相似，但都沒有完好保存口部結(jié)構(gòu)。和導(dǎo)師張志飛深入探討后，他們共同認(rèn)為還是需要繼續(xù)尋找和等待，等待完備的證據(jù)發(fā)現(xiàn)才能邏輯嚴(yán)密，這是師徒共同堅(jiān)守的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
終于，功夫不負(fù)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(guān)鍵的一枚化石。興奮之余又冷靜下來(lái)，將國(guó)內(nèi)外苔蘚動(dòng)物專家請(qǐng)教遍了，最終決定把文章目標(biāo)聚焦Nature。
支撐材料成稿過程中，各方向?qū)＜覒?yīng)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(tǒng)學(xué)數(shù)據(jù)分析等研究，將學(xué)科交叉融合的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。
經(jīng)過2年半的團(tuán)隊(duì)研究，發(fā)現(xiàn)這些化石呈現(xiàn)對(duì)稱網(wǎng)狀，背對(duì)背兩面覆有表皮細(xì)胞分泌幾丁質(zhì)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?；芯勘砻魈μ\動(dòng)物蟲室整齊的幾何排列和復(fù)雜性的模塊化生長(zhǎng)起源于5.3億年前，這是寒武紀(jì)大爆發(fā)重要的生態(tài)創(chuàng)新。
經(jīng)過52個(gè)特征，18個(gè)類群和2個(gè)外群的最大簡(jiǎn)約法和貝葉斯分支系統(tǒng)學(xué)分析研究，表明化石苔蘚動(dòng)物門房原始蜂巢蟲（Protomelission gatehousei）代表化石和現(xiàn)生苔蘚動(dòng)物的基干類群，為最原始祖先類型。
文章改到第20版，往來(lái)郵件兩百多封后，張志飛師徒認(rèn)為，時(shí)機(jī)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?fù)ㄖ?/p>
博士成果 是創(chuàng)新是底氣更是必然
2013年，88年的張志亮從中北大學(xué)物理系跨考進(jìn)入西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)，師從張志飛教授。自此開啟了他與石頭打交道的日常。
在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，他開始從事石灰石中殼體化石的研究?！按姿崛芙夂?，經(jīng)過幾個(gè)月的周期，微型化石得以大量顯現(xiàn)，每一次都是令人激動(dòng)的‘拆盲盒’”。興趣使然，張志亮選擇直博，因緣際會(huì)成為張志飛的第一位博士研究生?！盎A(chǔ)差、底子薄、起步晚”是張志亮對(duì)自己的評(píng)價(jià)，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(qǐng)國(guó)家留學(xué)基金委獎(jiǎng)學(xué)金未果。依托“一流學(xué)科”的堅(jiān)實(shí)后盾，2015年及2017年在導(dǎo)師張志飛杰青項(xiàng)目資助下先后兩次赴瑞典烏普薩拉大學(xué)交流學(xué)習(xí)近15個(gè)月，考察了英國(guó)、愛沙尼亞和瑞典等多個(gè)國(guó)家的相關(guān)地層。這段時(shí)間，張志亮在考察地層、踏勘調(diào)研、材料分析、手稿撰寫等方面都有了“飛躍”性的提高。“即使遠(yuǎn)隔萬(wàn)里，張志飛老師依舊緊密監(jiān)督我，時(shí)刻關(guān)注我的學(xué)習(xí)狀況，一步步教會(huì)我如何從材料中提取有效信息，撰寫文章?！闭n余，他抓住機(jī)會(huì)與國(guó)外學(xué)術(shù)大咖交流，“利用喝咖啡的時(shí)間擴(kuò)充知識(shí)”。假期，他就去野外踏勘，收集材料。正是有了這段經(jīng)歷，張志亮養(yǎng)成了全局思考問題的習(xí)慣。
他在烏普薩拉大學(xué)現(xiàn)代化石生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)期間，利用先進(jìn)設(shè)備，將手中的材料進(jìn)行分析，制樣、掃描成像、歸檔整理。2017年，張志亮新發(fā)表了3篇SCI，在寒武紀(jì)腕足動(dòng)物個(gè)體發(fā)育和異速生長(zhǎng)方面取得了重要進(jìn)展和原始突破，提出了乳孔貝腕足動(dòng)物的發(fā)育模型。
“事業(yè)后繼有人”是張志飛老師最驕傲的事情，“能力、人格和擔(dān)當(dāng)是我培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，研究過程中，給方向、給平臺(tái)、給支持、給信任是我的義務(wù)與責(zé)任。所以我資助他全額出國(guó)，他很有興趣，很投入，也很細(xì)心”。
2018年，張志亮獲西北大學(xué)博士學(xué)位，同年經(jīng)過選拔獲得澳大利亞4年期的麥考瑞大學(xué)研究資助（Macquarie University Research Fellowship）。其學(xué)位論文先后入選西北大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文和2020年度陜西省優(yōu)秀博士學(xué)位論文。談及師生間的默契關(guān)系，張志飛說：“老師把握好方向、說清楚意義，及時(shí)跟蹤指出進(jìn)展問題，接下來(lái)就是要充分相信學(xué)生的創(chuàng)造力！”博士期間的學(xué)習(xí)經(jīng)歷為張志亮積蓄了寶藏般的學(xué)術(shù)實(shí)力，除了掌握多維度的數(shù)據(jù)資源，更多是在張志飛老師堅(jiān)持“以我為主、國(guó)際合作、聯(lián)合培養(yǎng)”橋梁似的紐帶下，連通的國(guó)際化思維與視野。
“只要學(xué)生努力認(rèn)真，我們有實(shí)力、有能力、有信心，把你培養(yǎng)成為地質(zhì)學(xué)拔尖人才”張志飛說，這也是地質(zhì)學(xué)系專業(yè)教師們的共同信仰。從院士到零基礎(chǔ)的學(xué)生，西大地質(zhì)人時(shí)刻都在用心、用情、用實(shí)力打造“學(xué)在地質(zhì)”的精品育人品牌。
華商報(bào)記者 趙瑞利 通訊員 魏夢(mèng)鴿 李琛
原文鏈接：https://www.ersanli.cn/article.html?newsId=121221449735182&uid=30365673&type=1&appId=1
