探尋寒武紀(jì)生命的演化

約5.3億年前，地球上的生物種類和數(shù)量如雨后春筍般涌現(xiàn)，即“寒武紀(jì)大爆發(fā)”，被認(rèn)為是生物演化歷史上的三大謎題之一。而寒武紀(jì)以前的生物界，由于化石的稀缺、保存程度差等原因，長(zhǎng)期以來令人倍感神秘莫測(cè)。

節(jié)肢動(dòng)物門是動(dòng)物界最大的一門，節(jié)肢動(dòng)物的起源和多樣性分異問題，一直是學(xué)術(shù)界努力探索的熱點(diǎn)命題。古生物學(xué)家經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究，認(rèn)為節(jié)肢動(dòng)物極有可能起源于寒武紀(jì)廣泛出現(xiàn)的葉足動(dòng)物，并且發(fā)現(xiàn)了葉足動(dòng)物向節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)化過程中多個(gè)珍稀的過渡環(huán)節(jié)。

到底這一距今5億年前，寒武紀(jì)時(shí)期軟軀體化石生物群中，種類最多、數(shù)量最大、分異度最高的節(jié)肢動(dòng)物的起源、演化及各類群間的相互關(guān)系如何？多年來，西北大學(xué)地質(zhì)系副教授傅東靜就在這一領(lǐng)域研究中展開了一系列探索。

循序漸進(jìn)轉(zhuǎn)向古生物研究

21世紀(jì)，生物學(xué)發(fā)展得如火如荼，跟隨著這一潮流，傅東靜在本科時(shí)期考取了西北大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)，并在一年之后，得到了前往復(fù)旦大學(xué)進(jìn)行交換學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，開始接觸到昆蟲生態(tài)學(xué)的研究。

昆蟲種類繁多、形態(tài)各異，屬于無脊椎動(dòng)物中的節(jié)肢動(dòng)物，它們的蹤跡幾乎遍布世界的每一個(gè)角落。“如果想對(duì)昆蟲的進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行研究，就必須建立在一個(gè)更大的時(shí)間尺度上，5億年前節(jié)肢動(dòng)物最早出現(xiàn)，一直到現(xiàn)在，它是怎樣演化的，這都是我們致力研究的內(nèi)容。”傅東靜說。因此，她將研究方向進(jìn)行了擴(kuò)展，進(jìn)入了古生物研究領(lǐng)域。

古生物領(lǐng)域的研究工作，是一場(chǎng)人類與早期生物的隔空對(duì)話，而想要尋找5億年前的生命物質(zhì)，還需要具備豐富的地質(zhì)學(xué)知識(shí)。眾所周知，地層是經(jīng)過巖石的沉積形成的，剖開巖石的切面就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它像書頁(yè)一樣，形成了由新到老的一個(gè)完整時(shí)間序列。所要尋找的生物需要深入到怎樣的地層，需要什么樣的地層巖性，古生物領(lǐng)域的研究者們都要進(jìn)行綜合考量，再深入發(fā)掘。但是，科研人員往往在找到合適的層位之后，挖上10天左右，也找不到一個(gè)合適的古生物樣本，失敗的幾率很大，這時(shí)候，就需要他們具有很強(qiáng)的信心與耐心。

雖然在野外從事科研工作，夏天的酷暑與冬天的嚴(yán)寒，時(shí)常讓人倍感煎熬，但是傅東靜與學(xué)生們都非常珍惜在野外考察的日子，從未覺得辛苦，她時(shí)常笑言“就當(dāng)是度假了”。多年來，他們將實(shí)驗(yàn)室的研究與野外的科研探索結(jié)合起來，深入探索在古生物領(lǐng)域研究中，一步一個(gè)腳印，堅(jiān)定前行著。

“將今論古”開展研究工作

在古生物學(xué)的研究過程中，將今論古是較為常用的一種研究方法，因?yàn)楦禆|靜是現(xiàn)代生物學(xué)研究出身，所以，在進(jìn)入古生物研究領(lǐng)域后，她也想將自己原來的研究經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用起來。

在研究中，她突破傳統(tǒng)古生物學(xué)研究局限，結(jié)合現(xiàn)代分子、發(fā)育生物學(xué)和古生物學(xué)的最新研究成果，論證了早期節(jié)肢動(dòng)物外肢近體端作為原肢的普遍性，首次提出節(jié)肢動(dòng)物雙肢型附肢的同源演化新理論，這一理論顛覆了百余年來古生物學(xué)領(lǐng)域有關(guān)節(jié)肢動(dòng)物雙肢型附肢形態(tài)、演化的傳統(tǒng)觀念，受到了國(guó)內(nèi)外古生物學(xué)界的強(qiáng)烈關(guān)注。

除此之外，她還利用古生物學(xué)形態(tài)觀察與現(xiàn)代生物統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合的研究方法，識(shí)別出了寒武紀(jì)雙瓣殼類節(jié)肢動(dòng)物具性別雙型現(xiàn)象，提出有性生殖的出現(xiàn)，很可能是5億年前節(jié)肢動(dòng)物出現(xiàn)大輻射的直接誘因；闡明了寒武紀(jì)非三葉蟲類節(jié)肢動(dòng)物屬種的生長(zhǎng)發(fā)育模式，首次提出寒武紀(jì)大型雙瓣殼類節(jié)肢動(dòng)物具有增節(jié)發(fā)育、異時(shí)發(fā)育的演化規(guī)律等。

選擇了寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物研究，傅東靜就再未想過更改方向。

2017年，她成功申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“華南寒武紀(jì)布爾吉斯頁(yè)巖型生物群中節(jié)肢動(dòng)物的形態(tài)分異、發(fā)育模式及譜系演化關(guān)系”。這一項(xiàng)目，在2018年正式開始，他們將以滇東澄江生物群和峽東清江生物群中的化石節(jié)肢動(dòng)物為主體，研究包括大型雙瓣殼類、撫仙湖類、大附肢類以及具有多肢體節(jié)的海怪蟲類節(jié)肢動(dòng)物代表屬種的形態(tài)、發(fā)育及系統(tǒng)演化問題。同時(shí)，對(duì)比全球同時(shí)期其它各軟軀體化石庫(kù)產(chǎn)出的相關(guān)類群節(jié)肢動(dòng)物標(biāo)本，開展寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物起源與早期演化研究、寒武紀(jì)布爾吉斯頁(yè)巖保存類型節(jié)肢動(dòng)物代表屬種個(gè)體發(fā)育研究。通過該項(xiàng)目，他們希望揭示目標(biāo)節(jié)肢動(dòng)物屬種準(zhǔn)確的形態(tài)特征，包括硬體和軟軀體形態(tài)結(jié)構(gòu)；深度挖掘干群節(jié)肢動(dòng)物中的中間過渡類群，探索并完善節(jié)肢動(dòng)物關(guān)鍵創(chuàng)新特征的早期演化步驟；揭示關(guān)鍵屬種的生長(zhǎng)發(fā)育模式，建立較完整的個(gè)體發(fā)育序列，發(fā)現(xiàn)由變態(tài)發(fā)育過程中幼體與成體形態(tài)差異所導(dǎo)致的系統(tǒng)分類問題；初步建立包含發(fā)育數(shù)據(jù)在內(nèi)的寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物的譜系演化關(guān)系，為探求節(jié)肢動(dòng)物的起源與演化問題提供實(shí)證。目前，這一項(xiàng)目正在穩(wěn)步進(jìn)行中。

聚團(tuán)隊(duì)之能量開展國(guó)際合作

“作為一名新人，能夠取得這樣的科研成績(jī)完全得益于我背后有一個(gè)優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)。”傅東靜說。

西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系創(chuàng)建于1939年，是我國(guó)設(shè)立最早的綜合性大學(xué)地質(zhì)學(xué)系之一，傅東靜所在的西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古生物教研室不僅匯集了包括院士、長(zhǎng)江學(xué)者、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者等優(yōu)秀科研人員，也有初出茅廬的新人。在成員們的共同努力下，團(tuán)隊(duì)取得了諸多創(chuàng)新性科研成果，并享有很高的國(guó)際聲譽(yù)，在這一團(tuán)隊(duì)中從事科研工作，傅東靜深感幸福。

多年來，團(tuán)隊(duì)曾多次赴歐洲、澳大利亞、加拿大以及非洲、亞洲等國(guó)家和地區(qū)參與國(guó)際項(xiàng)目、會(huì)議及野外考察，目前與英國(guó)牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)等國(guó)際知名大學(xué)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者長(zhǎng)期保持緊密合作。

2017年9月1—6日，傅東靜召集并主辦了寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物演化國(guó)際會(huì)議。會(huì)議得到了來自英國(guó)牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)、美國(guó)耶魯大學(xué)、麻省理工大學(xué)、澳大利亞新英格蘭大學(xué)、加拿大安大略自然歷史博物館等多所知名高校和科研機(jī)構(gòu)青年專家的廣泛參與，圍繞寒武紀(jì)時(shí)期化石節(jié)肢動(dòng)物的形態(tài)、發(fā)育與譜系關(guān)系研究等前沿焦點(diǎn)科學(xué)問題進(jìn)行了深入討論，這些都離不開團(tuán)隊(duì)對(duì)其的支撐。

科研之外，教學(xué)也始終是傅東靜工作的重點(diǎn)。在日常生活中，傅東靜與學(xué)生們的相處總是能保持一種亦師亦友的狀態(tài)，時(shí)刻保持著與學(xué)生們的緊密交流。“我覺得我們系出來的本科生都很上進(jìn)，每個(gè)人都有很大的潛力，只要把研究工作給他們鋪墊到位，他們能看到希望，就會(huì)做得很好，有時(shí)候讓他們放手去做，也往往比想象中做得好。跟學(xué)生們?cè)谝黄穑蠋熞材軐W(xué)到不少東西。”傅東靜說。

在這種教學(xué)模式下，傅東靜在教學(xué)方面屢創(chuàng)佳績(jī)。2016年，她獲得了陜西省高校青年教師教學(xué)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)第二名；2015年，獲得了西北大學(xué)教學(xué)競(jìng)賽理科組第一名，以及西北大學(xué)“優(yōu)秀教師”和“青年學(xué)術(shù)骨干”等榮譽(yù)稱號(hào)。近年來，她多次參加陜西省高校和西北大學(xué)教師培訓(xùn)，為新入職青年教師講授示范課程。目前，她已培養(yǎng)在讀博士、碩士3人，本科創(chuàng)新項(xiàng)目2人，1人獲得“國(guó)家優(yōu)秀研究生獎(jiǎng)”。

談起自己目前的工作與生活狀態(tài)，傅東靜總是充滿了感恩。“并不是每個(gè)人都能做自己喜歡并且擅長(zhǎng)的工作。”她說。但是她卻擁有這樣一份延續(xù)自己最初信仰的職業(yè)，她很知足也很幸福。

對(duì)于今后的規(guī)劃，她則坦言，未來要在國(guó)際交流與合作中，取長(zhǎng)補(bǔ)短，讓自己目前的研究工作更進(jìn)一層，深入到寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物研究中，發(fā)現(xiàn)更多未知的奧秘。