“志留纪”重建一个志留纪早期“水族馆”

今天，很高兴为大家分享来自中国科学报的重建一个志留纪早期“水族馆”，如果您对重建一个志留纪早期“水族馆”感兴趣，请往下看。

最新发现的5种志留纪古鱼新属种的三维艺术复原图。从上到下分别为蠕纹沈氏棘鱼、新塑梵净山鱼、双列黔齿鱼、灵动土家鱼和奇迹秀山鱼。

■本报记者 胡珉琦

9月28日，《自然》在同一期发表了同一团队的4篇论文。它们皆出自中国科学院院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称古脊椎所）研究员朱敏团队。

“一键四连”震惊了整个古生物学界。国际古脊椎动物学会前主席、澳大利亚弗林德斯大学教授John Long撰文称，它们改写了有颌脊椎动物早期演化历史的几乎所有方面。

朱敏对这些说法有些诚惶诚恐。他更喜欢同行羡慕地说：“你们重建了志留纪早期的一个‘水族馆’。”“水族馆”里有什么？当研究团队在第一篇论文中试图回答这个问题时，曾接连遭遇《自然》《科学》审稿人的三轮毙稿。

非凡的结论，要有非凡的证据。朱敏团队为了寻找演化的证据究竟付出了什么？

寻找“幽灵支系”

过去10余年，朱敏一直在跟一群“幽灵”一样的化石死磕。

奥陶纪末（约4.44亿年前），地球上发生了第一次大规模生物集群灭绝事件，85%的物种消失。可它却为鱼类进化过程中的一场大革命搭好了舞台，那就是有颌类的崛起。

现今地球上有99.8%的脊椎动物都是有颌类。可见，颌的出现是生命演化史上一次重要的飞跃。

“有颌类能一统天下，是因为颌不仅提高了脊椎动物主动摄食能力，还促进了呼吸和运动能力，使体形迅速增大。这样就能占领更为广阔的生态位，直至登上陆地，甚至飞上蓝天。”古脊椎所副研究员朱幼安说，整个脊椎动物的演化潜力都因此得到了极大提高。

那么，如此重要的演化事件是怎么发生的？

分子生物学家早就通过对现生的有颌脊椎动物进行分子钟研究，推算出它们的共同祖先诞生于志留纪之前的奥陶纪晚期（约4.5亿年前）。也就是说，最原始的有颌类不会晚于这个时间。但全世界古生物学家找遍志留纪地层，发现原始有颌类化石非常少。

明知存在，却怎么也找不到。志留纪早期有颌类就这样成了古生物学领域的“幽灵支系”。

朱敏带领团队踏遍了中国志留纪地层可能含鱼化石的200多个地点。直到2019年，他们在贵州、湖南、重庆等地相继发现了贵州石阡化石库和重庆特异埋藏化石库（距今约4.39亿年至4.36亿年前），志留纪早期有颌鱼类的“摇篮”和“史前水族馆”才得以重见天日。

那里有最古老的有颌类牙齿——黔齿鱼的齿旋，它们把有颌类牙齿的最早化石证据向前推进了1400万年；名为“奇迹秀山鱼”的盾皮鱼类，多种骨骼特征为有颌脊椎动物头骨的演化提供了直接证据；名为“蠕纹沈氏棘鱼”的软骨鱼，显示了鲨鱼“顶盔掼甲”的祖先；名为“新塑梵净山鱼”的棘刺鲨鱼，解决了志留纪早期鱼类鳞片和棘刺化石的分类争议问题；同时期的一种盔甲鱼虽是无颌类，但研究人员第一次在鱼类身上发现了成对的连续鳍褶，代表了偶鳍或人类四肢的雏形……

古脊椎所研究员盖志琨认为：“这些化石的发现和研究，为解决许多悬而未决的争议问题、重建有颌脊椎动物的早期演化历史，提供了非常重要的证据。”

“僵持不前”是一种常态

要“复原”一个志留纪早期的“水族馆”，研究团队到底采集了多少化石——准确说是包裹着化石的岩石？

单位是以吨计的。仅2019年一年，团队在贵州石阡坉坪剖面就挖出了好几卡车岩石，重达4吨，运到了曲靖师范学院自然历史文化中心实验室。接下来一年半，3名全职科研助理再加两名机动队员，不间断地展开工作。

他们先把4吨岩石分批泡进密密麻麻排列着的醋水池里，几天后用清水冲洗，再降低浓度进行二次浸泡，直到岩石里的胶结物被彻底腐蚀掉，剩下一堆砂子。这样反复筛洗，最终得到了300公斤可能夹杂着化石的砂样。

研究人员把这些砂样分成一小撮一小撮，逐一放到显微镜下，寻找微体化石的蛛丝马迹。他们最终找到的23颗黔齿鱼齿旋，平均长度只有2.5毫米，稍不留意就会错过。

这场“沙里淘金”的历练中，人的耐心和信念很容易被一并带走。在无数个一无所获的夜里，年轻的科研工作者恨不得从疲惫的大脑中拎出之前对古生物学的所有浪漫想象，一顿“拳打脚踢”。

“所以，做这份工作一定要有强烈的好奇心。你就想知道砂子里有什么、它们到底有多重要，才不会轻易放过它们。”朱幼安说。

这样的情绪折磨，朱敏体验过太多次。从2008年开始，他就带着团队对中国志留纪自下而上发育出的3套浅海红层进行了地毯式搜索。整整10年，发现的化石虽然在多样性上有所增加，但无论是化石的年代还是完整性，都没有质的突破。

朱敏坦承，“僵持不前”才是古生物学家野外工作的常态。

2019年春节一过，朱敏又一次带着团队跑野外。他仍不死心，决定再绕回贵州石阡。“结果刚到原来的老剖面，我一下看到旁边新开了一条公路，就这么直直地横穿了一套志留纪地层。”不管回忆多少遍，朱敏的眼里都闪着光。

这条公路，仿佛是一条时光隧道，终于撕开了遮盖志留纪早期有颌类演化历史的屏障。

朱敏派出赵文金研究员带队，用了小半年时间，在这个新发现的坉坪坡面逐层采样，直到他们找到了过去从未发现过的化石富集层。

寻找化石其实并没有“运气”一说，有的只是在正确的科学目标和前人给出的地质线索中，坚持长期主义。

来自审稿人的强力“狙击”

发现过程难，发表过程同样不易。

2022年7月 ，朱敏团队第四篇论文距离投稿已经过去快10个月了，朱幼安终于收到了来自审稿人的第四轮意见信。上面只有一行字：The revision is completed（修订完成）。

研究团队在这篇论文里详细描述了迄今所知最早的保存完好的软骨鱼——沈氏棘鱼，从而确证了困扰古生物学界很多年的鲨鱼祖先问题，同时分析了奇迹秀山鱼的多种特征，为现生有颌脊椎动物的头骨演化提供了重要资料。

“我们想象中的剧本应该是这样的：我们发现分析了这么重要的化石标本，编辑应该对此‘五体投地’，审稿人‘佩服之至’，最后催促我们赶紧发表。”朱幼安边笑边自嘲。

可在现实中，这篇论文从一开始就遭到了审稿人的强力“狙击”。

“论文正文只有4000字，但第一轮审稿意见我们就回复了8000字，第二轮4000字，第三轮只写了2000字，于是直接被推入第四轮。”朱幼安告诉《中国科学报》。

“其实所有审稿意见几乎都围绕一些很小的问题提出。”他解释说，比如秀山鱼头顶有一个从未在其他盾皮鱼里见过的关节，但审稿人说看不清这一结构。

研究团队有备而来，早就引入了一种全新的拍照技术——全光位拍摄。这种技术原本是法医用来做笔迹鉴定的。“用在古生物成像领域，可以全方位呈现一个化石细微部位的三维结构，避免人为打光的主观成分而给出作者内心想要呈现的化石样貌。”

最让研究团队意想不到的是，审稿人罕见地抠起了文章的亲缘关系分析。好在向来重视数学分析的朱敏要求团队对300多个属种、近700个特征的矩阵进行贝叶斯分析，从而确保据此提出的亲缘关系理论和系统发育框架是可信的。

事实上，这并不是这组稿件中唯一一篇历经“磨难”的论文。

朱敏团队第一篇文章就曾因为一些细枝末节的争议问题，接连遭遇《自然》《科学》审稿人三轮毙稿。由于同一主题其他文章的出现，编辑部意识到这一系列化石研究的重要价值，才把这篇论文重新“捞”了回来。

“审稿人的研究风格、审美喜好是不可预料的，总会遇到一些喜欢严厉‘鞭打’你的人。但结果取决于我们是否足够细致、给出的证据能否经受住任何考验。如果能认认真真回答审稿人哪怕很苛刻的问题，那么文章发表以后几十年甚至上百年，我们的结论都是立得住的、是可靠的。”朱敏说。

朱敏总是这样劝慰自己的学生，“几亿年前的化石都找到了，这点审稿时间更要沉得住气”。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05166-2

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05136-8

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04897-6

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05233-8

好了，关于重建一个志留纪早期“水族馆”就讲到这。