圖為殷宗軍(右)在科研中。資料圖片
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「做古生物研究，特別要坐得住冷板凳。」中科院南京地質古生物研究所研究員殷宗軍說。十多年來，他始終專注於這個冷門學科，希望揭開化石背後隱藏的動物演化歷史。這份堅持源於熱愛，也來自於科研的進展、院所的支持。
一個個直徑1毫米左右的微小化石，被小心翼翼地從巖石中分離出來後，放到顯微鏡下，使用超高解析度X射線顯微斷層成像技術進行三維掃描，化石的立體結構就在顯示儀上得以重構。在此基礎上進行分析，就可以揭開化石背後隱藏的動物演化歷史。
這是中科院南京地質古生物研究所研究員殷宗軍每天的工作。這位35歲青年科學家領導的研究團隊，採用最新三維無損成像技術，掃描了300多個旋孔蟲化石標本，顯示旋孔蟲的內部存在細胞分裂現象——這種發育方式，與動物胚胎早期發育非常類似。「6億年前的甕安旋孔蟲，是現代動物的遠古近親。」近期，他在《科學》雜誌子刊《科學進展》發表的一篇論文中，給出了這樣的結論。
「這是我對『達爾文之困』的一個初步回答。」殷宗軍說。個頭不高、思維活躍、語速極快，衛衣上印著「自律給我自由」，像極了他一貫的行事風格。十多年來，這項研究和他的夢想，從未停止。
熱愛，執著於動物起源之謎
2006年，中國地質大學(武漢)大三學生殷宗軍放棄本校的研究生保送資格，選擇了考研——向中科院南京地質古生物研究所這個全國古生物研究高地發起衝擊。
為什麼有這樣大的決心？這和他為自己定下的研究道路有關。殷宗軍從小生長在大別山區，姐姐送給他一套《小學生自然百科》，「這套書共6本，我最喜歡《地學》和《動物》，一個講了地球上的巖石礦物、名山大川，一個從遠古動物講到人類誕生。我愛不釋手，書很快就翻爛了。」殷宗軍說。
地學與動物學交叉，不就是古生物學嗎？許多年後回頭看，他意識到，科學的種子在那時就已悄悄種在了心間。
考大學時，殷宗軍填報了地質學專業。師兄師姐說，地質學這個專業的本科畢業生最吃香、有「錢途」，反而是往上讀古生物學的碩士、博士，越來越冷門。但殷宗軍卻早早決定要讀研。他在課堂上了解到，達爾文曾提到一個挑戰進化論的難題：絕大多數現代高等動物的祖先，在5.41億到5.18億年前的寒武紀早期，以大爆發的形式突然出現在地層中，這一現象後世稱之為「寒武紀生命大爆發」；而寒武紀之前地球的漫長歷史中，卻缺乏與動物相關的化石記錄。
對此，達爾文的解釋是化石記錄保存的不完整性，寒武紀之前的動物可能沒有留下化石記錄。這個解釋在此後100多年裡引起了很大爭議，被稱為「達爾文之困」。「100多年過去了，『達爾文之困』怎麼還是個謎？」殷宗軍給自己定下的目標就是，當科學家，探究知識的邊界。
鑽研，探究微小化石裡的生物密碼
帶著追問，殷宗軍來到南古所進行畢業設計。他選擇的目標是甕安生物群。
甕安生物群，主產於貴州甕安北鬥山含磷地層，以磷酸鹽化方式保存著6億年前的化石，誕生於寒武紀大爆發以前。因此，這座可能保存了全世界最古老動物的化石庫，被學界視為「動物世界的黎明」。
「2006年夏天，我從北鬥山採了幾百斤石頭，打包發往南京，大海撈針一樣尋找化石。」殷宗軍記憶中，那個夏天非常炎熱，他先用化學方法將幾百斤石頭融化，再在殘渣中一點一點尋找化石，用顯微鏡觀察。因為怕石頭殘渣被風吹散，也不敢開電扇。
終於，殷宗軍找到了大量從未見過的化石。其中有一種化石十分特別，直徑只有不到1毫米、外形很像現代動物胚胎、表面上長著螺旋狀線圈，這就是後來被稱為「甕安旋孔蟲」的化石。
通過顯微鏡和掃描電鏡，觀察分析新發現化石的形態學結構，對完成畢業論文來說就足夠了。但神秘化石內部是什麼結構？它們究竟是動物、植物，還是藻類？這些還需要深入研究。
「我想從事感興趣的研究，只有一條路走到底。」殷宗軍說。碩士二年級時，他接受遴選並獲得了直接攻讀博士學位的機會。
這些化石標本非常微小，當時最薄的刀片都比它們厚。想要重現內部結構，就要採用醫院裡CT掃描儀那樣的專業設備。當時，歐洲擁有世界上最先進的同步輻射加速器，能掃描微米級別的物體內部結構。讀博階段，殷宗軍申請到法國留學，帶著幾千枚樣本，去探究小小化石中的生物密碼。
但即便有了設備，「做CT」也不是易事。這種大型科學裝置並非為掃描微體化石量身定製，因此用來給微體化石「做CT」時，掃描方法和諸多參數都要反覆摸索和調整。例如光源設定，太弱了信號穿不透，太強了則易過曝。
「學習了幾個月，才掌握掃描技術。遺憾的是，甕安旋孔蟲化石有很厚的囊包，內部結構大多已經腐爛，所有樣本都沒有掃描到內部結構，也就無從了解它究竟是什麼。」好在留學期間殷宗軍還有其他收穫：通過掃描帶來的其他樣本，發現了最早的海綿動物、最早的胚胎化石……
這些研究，離回答「達爾文之困」還有一段距離。「我們不能每次都千裡迢迢跑到歐洲，用別人的機器去掃描化石。」殷宗軍開始思考，要有先進技術，讓自己的團隊來給化石「做CT」。
創新，讓前沿技術助力古老學科
把先進的同步輻射加速器「搬」回來，並不現實。沒別的路，只能依靠創新。
在南古所支持下，2012年博士畢業留所後，殷宗軍著手建立化石顯微CT實驗室，並於2015年建成。走進這個實驗室，儀器設備一應俱全：硬體上，有「CT機」、顯微鏡、圖形工作站、數位屏；軟體上，有各類專業的圖像數據處理和三維可視化工具。它不僅用於甕安生物群化石的研究，也支撐了琥珀中昆蟲多樣性、森林的起源等古生物學其他課題的研究。
「這個實驗室有原始創新，也有集成創新。」殷宗軍介紹，正在申請專利的多樣本掃描技術就是一項自主創新。「人工將樣本逐個放到樣品臺上掃描，費時耗力，如果能實現自動化不間斷掃描，就可以幫助科研人員騰出手，大幅提高設備利用效率。」殷宗軍說，前沿信息技術與這門古老學科可以碰撞出火花。他通過軟體設定參數和程序，讓樣品臺不僅「知道」每個樣本的掃描時間和方式，還可以「找到」排著隊的下一個樣本，並且將它「請上臺」。
去年6月，甕安旋孔蟲化石研究有了突破性進展，經過對化石內部結構和生物學信息的分析，證實了它們是單細胞生命，屬於動物的「姐妹類群」，據此可以了解動物共同祖先的生物學信息，這對理解第一個動物究竟從何而來，提供了重要化石信息。
「做古生物研究，特別要坐得住冷板凳。我之所以能堅持下來，除了自身的熱愛，也在於院所的無條件支持，以及研究過程中的一項項進展，讓年輕科學家在起步階段就可以大展拳腳，品嘗到成功的喜悅。」殷宗軍說，動物演化的真相正在逐漸顯現，「達爾文之困」終有一天會徹底解開。
《 人民日報 》( 2021年01月13日 12 版)