探寻寒武纪生命的演化
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探寻寒武纪生命的演化

2021-09-15 12:04:26 投稿作者: 点击:

约5.3亿年前,地球上的生物种类和数量如雨后春笋般涌现,即“寒武纪大爆发”,被认为是生物演化历史上的三大谜题之一。而寒武纪以前的生物界,由于化石的稀缺、保存程度差等原因,长期以来令人倍感神秘莫测。

节肢动物门是动物界最大的一门,节肢动物的起源和多样性分异问题,一直是学术界努力探索的热点命题。古生物学家经过多年的系统研究,认为节肢动物极有可能起源于寒武纪广泛出现的叶足动物,并且发现了叶足动物向节肢动物进化过程中多个珍稀的过渡环节。

到底这一距今5亿年前,寒武纪时期软躯体化石生物群中,种类最多、数量最大、分异度最高的节肢动物的起源、演化及各类群间的相互关系如何?多年来,西北大学地质系副教授傅东静就在这一领域研究中展开了一系列探索。

循序渐进转向古生物研究

21世纪,生物学发展得如火如荼,跟随着这一潮流,傅东静在本科时期考取了西北大学生物技术专业,并在一年之后,得到了前往复旦大学进行交换学习的机会,开始接触到昆虫生态学的研究。

昆虫种类繁多、形态各异,属于无脊椎动物中的节肢动物,它们的踪迹几乎遍布世界的每一个角落。“如果想对昆虫的进化关系进行研究,就必须建立在一个更大的时间尺度上,5亿年前节肢动物最早出现,一直到现在,它是怎样演化的,这都是我们致力研究的内容。”傅东静说。因此,她将研究方向进行了扩展,进入了古生物研究领域。

古生物领域的研究工作,是一场人类与早期生物的隔空对话,而想要寻找5亿年前的生命物质,还需要具备丰富的地质学知识。众所周知,地层是经过岩石的沉积形成的,剖开岩石的切面就会发现,它像书页一样,形成了由新到老的一个完整时间序列。所要寻找的生物需要深入到怎样的地层,需要什么样的地层岩性,古生物领域的研究者们都要进行综合考量,再深入发掘。但是,科研人员往往在找到合适的层位之后,挖上10天左右,也找不到一个合适的古生物样本,失败的几率很大,这时候,就需要他们具有很强的信心与耐心。

虽然在野外从事科研工作,夏天的酷暑与冬天的严寒,时常让人倍感煎熬,但是傅东静与学生们都非常珍惜在野外考察的日子,从未觉得辛苦,她时常笑言“就当是度假了”。多年来,他们将实验室的研究与野外的科研探索结合起来,深入探索在古生物领域研究中,一步一个脚印,坚定前行着。

“将今论古”开展研究工作

在古生物学的研究过程中,将今论古是较为常用的一种研究方法,因为傅东静是现代生物学研究出身,所以,在进入古生物研究领域后,她也想将自己原来的研究经验应用起来。

在研究中,她突破传统古生物学研究局限,结合现代分子、发育生物学和古生物学的最新研究成果,论证了早期节肢动物外肢近体端作为原肢的普遍性,首次提出节肢动物双肢型附肢的同源演化新理论,这一理论颠覆了百余年来古生物学领域有关节肢动物双肢型附肢形态、演化的传统观念,受到了国内外古生物学界的强烈关注。

除此之外,她还利用古生物学形态观察与现代生物统计学结合的研究方法,识别出了寒武纪双瓣壳类节肢动物具性别双型现象,提出有性生殖的出现,很可能是5亿年前节肢动物出现大辐射的直接诱因;阐明了寒武纪非三叶虫类节肢动物属种的生长发育模式,首次提出寒武纪大型双瓣壳类节肢动物具有增节发育、异时发育的演化规律等。

选择了寒武纪节肢动物研究,傅东静就再未想过更改方向。

2017年,她成功申请了国家自然科学基金面上项目“华南寒武纪布尔吉斯页岩型生物群中节肢动物的形态分异、发育模式及谱系演化关系”。这一项目,在2018年正式开始,他们将以滇东澄江生物群和峡东清江生物群中的化石节肢动物为主体,研究包括大型双瓣壳类、抚仙湖类、大附肢类以及具有多肢体节的海怪虫类节肢动物代表属种的形态、发育及系统演化问题。同时,对比全球同时期其它各软躯体化石库产出的相关类群节肢动物标本,开展寒武纪节肢动物起源与早期演化研究、寒武纪布尔吉斯页岩保存类型节肢动物代表属种个体发育研究。通过该项目,他们希望揭示目标节肢动物属种准确的形态特征,包括硬体和软躯体形态结构;深度挖掘干群节肢动物中的中间过渡类群,探索并完善节肢动物关键创新特征的早期演化步骤;揭示关键属种的生长发育模式,建立较完整的个体发育序列,发现由变态发育过程中幼体与成体形态差异所导致的系统分类问题;初步建立包含发育数据在内的寒武纪节肢动物的谱系演化关系,为探求节肢动物的起源与演化问题提供实证。目前,这一项目正在稳步进行中。

聚团队之能量开展国际合作

“作为一名新人,能够取得这样的科研成绩完全得益于我背后有一个优秀的科研团队。”傅东静说。

西北大学地质学系创建于1939年,是我国设立最早的综合性大学地质学系之一,傅东静所在的西北大学地质学系古生物教研室不仅汇集了包括院士、长江学者、国家杰出青年科学基金获得者等优秀科研人员,也有初出茅庐的新人。在成员们的共同努力下,团队取得了诸多创新性科研成果,并享有很高的国际声誉,在这一团队中从事科研工作,傅东静深感幸福。

多年来,团队曾多次赴欧洲、澳大利亚、加拿大以及非洲、亚洲等国家和地区参与国际项目、会议及野外考察,目前与英国牛津大学、剑桥大学等国际知名大学相关领域专家学者长期保持紧密合作。

2017年9月1—6日,傅东静召集并主办了寒武纪节肢动物演化国际会议。会议得到了来自英国牛津大学、剑桥大学、曼彻斯特大学、美国耶鲁大学、麻省理工大学、澳大利亚新英格兰大学、加拿大安大略自然历史博物馆等多所知名高校和科研机构青年专家的广泛参与,围绕寒武纪时期化石节肢动物的形态、发育与谱系关系研究等前沿焦点科学问题进行了深入讨论,这些都离不开团队对其的支撑。

科研之外,教学也始终是傅东静工作的重点。在日常生活中,傅东静与学生们的相处总是能保持一种亦师亦友的状态,时刻保持着与学生们的紧密交流。“我觉得我们系出来的本科生都很上进,每个人都有很大的潜力,只要把研究工作给他们铺垫到位,他们能看到希望,就会做得很好,有时候让他们放手去做,也往往比想象中做得好。跟学生们在一起,老师也能学到不少东西。”傅东静说。

在这种教学模式下,傅东静在教学方面屡创佳绩。2016年,她获得了陕西省高校青年教师教学竞赛二等奖和现场教学第二名;2015年,获得了西北大学教学竞赛理科组第一名,以及西北大学“优秀教师”和“青年学术骨干”等荣誉称号。近年来,她多次参加陕西省高校和西北大学教师培训,为新入职青年教师讲授示范课程。目前,她已培养在读博士、硕士3人,本科创新项目2人,1人获得“国家优秀研究生奖”。

谈起自己目前的工作与生活状态,傅东静总是充满了感恩。“并不是每个人都能做自己喜欢并且擅长的工作。”她说。但是她却拥有这样一份延续自己最初信仰的职业,她很知足也很幸福。

對于今后的规划,她则坦言,未来要在国际交流与合作中,取长补短,让自己目前的研究工作更进一层,深入到寒武纪节肢动物研究中,发现更多未知的奥秘。

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