穿越前寒武紀(jì)

宋潔

“古生物其實(shí)并不像大家認(rèn)識(shí)的那樣，只是一個(gè)時(shí)間的標(biāo)簽。隨著研究的進(jìn)展，我們?cè)絹碓桨l(fā)現(xiàn)，古生物本身是對(duì)環(huán)境的一個(gè)很好的反饋。換句話說，我們可以通過古生物的面貌去反溯當(dāng)時(shí)環(huán)境的變化?！比A洪說。

追根究底，華洪所專注的事業(yè)，讓他更像是一個(gè)時(shí)空穿越者。透過古生物這一媒介，他穿梭在前寒武紀(jì)的洪荒里，探索著過去那個(gè)遙遠(yuǎn)的未知世紀(jì)。或許深?yuàn)W艱澀，或許挑戰(zhàn)迭生，他卻如入桃源，樂在其中。

探索曾經(jīng)的滄海桑田

當(dāng)時(shí)的隴東沒有這么多的黃土

稀疏的橡樹、樺樹隨風(fēng)搖擺

茂盛的莎草、蒿草猶如綠色的地毯

薔薇花多彩、野菊花金黃

200萬年前的隴東大地

樹木蔥蘢，花草爛漫

——黃河象

2015年9月，西北大學(xué)博物館迎來了一批特殊的客人，他們是來自香港特別行政區(qū)的全國(guó)人大代表。走進(jìn)古脊椎動(dòng)物館后，他們發(fā)現(xiàn)這里陳列著大象標(biāo)本，尤其令他們驚訝的是這些大象標(biāo)本是從陜西關(guān)中地區(qū)以及周邊的甘肅等地發(fā)現(xiàn)的。明明生活在偏熱帶環(huán)境里的大象怎么可能出現(xiàn)在西北地區(qū)？

“如果是現(xiàn)在肯定不可能，但當(dāng)時(shí)能出現(xiàn)大象，就意味著那時(shí)的氣候適宜它們生活?！比A洪給這群客人解釋，那個(gè)時(shí)候，西北地區(qū)的溫度比現(xiàn)在要高得多，有很多的植被。而之所以能演變成現(xiàn)在的模樣，是地球環(huán)境在短短的一二百萬年中發(fā)生了翻天覆地的變化。

是的，在古生物學(xué)者的眼睛里，滄海桑田多過亙古不變。就像號(hào)稱古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上一大懸案的“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”——大約5億4千萬年前，也就是寒武紀(jì)開始的時(shí)候，突然出現(xiàn)了門類眾多的無脊椎動(dòng)物。說“突然”，是因?yàn)樵诤浼o(jì)之前更為古老的地層中長(zhǎng)期找不到動(dòng)物化石的跡象?！扒昂浼o(jì)研究一直在不斷推出新的進(jìn)展，這些進(jìn)展的出現(xiàn)不斷充實(shí)和改變著人們以前的認(rèn)識(shí)。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之前的研究涉及到很多重大的科學(xué)問題?！痹谌A洪的認(rèn)知中，寒武紀(jì)無脊椎動(dòng)物的出現(xiàn)必然是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)化才產(chǎn)生的，這才符合達(dá)爾文生物進(jìn)化論的原則，那么最大的問題來了，最早的生命到底是怎么出現(xiàn)的？“這個(gè)問題，現(xiàn)在已經(jīng)成了一個(gè)哲學(xué)大命題?！?/p>

當(dāng)然不止這一個(gè)問題。華洪繼續(xù)述說自己的心得，繼生命命題之后，第二大問題就是當(dāng)時(shí)的原核生物是如何變成真核生物的。而第三大問題則是單細(xì)胞生物如何變成多細(xì)胞生物。

“在這個(gè)時(shí)期，組織的分化、器官的分化一步步發(fā)展起來，生物逐漸由單級(jí)生物變成多級(jí)生物。”他開始打比方，開始可能只有細(xì)菌，后來就出現(xiàn)了藻類，慢慢地，動(dòng)物也誕生了。古生物學(xué)家們想知道，最早的動(dòng)物是什么時(shí)候在什么地方出現(xiàn)的，是怎樣的環(huán)境條件推動(dòng)了動(dòng)物的形成?！霸谶@條線索中同時(shí)還穿插著地球環(huán)境上的巨大改變。比如，氧氣的逐步增加，因?yàn)橹挥醒鯕庠黾拥揭欢ǔ潭?，高等的生物才?huì)有生活的條件。再比如，最早的動(dòng)物是沒有骨骼支撐的，而只有有了骨骼支撐，動(dòng)物才能更好的運(yùn)動(dòng)?！?/p>

相對(duì)于這一大背景，華洪主要的研究精力就放在動(dòng)物出現(xiàn)以后，寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之前——最早的帶殼（外骨骼）生物是什么時(shí)候出現(xiàn)的？當(dāng)時(shí)的環(huán)境變化是怎樣的？什么樣的因素促使動(dòng)物來分泌這樣的骨骼來自我保護(hù)？

一連串的問題，串起了地球歷史上一個(gè)特殊的階段——“前寒武紀(jì)”。而他的研究，說到底就是骨骼化起源及其環(huán)境背景。相對(duì)寒武紀(jì)研究來說，前寒武紀(jì)的研究者要面臨更多的空白領(lǐng)域，這也為他們的研究增加了難度。從選定這個(gè)方向起，華洪就意識(shí)到這一點(diǎn)，但無論過去還是現(xiàn)在，他都不覺得這有什么值得畏懼的。

選擇是偶然，也是必然

我們不知道化石深處的黎明

我們知道

化石深處有春寒中蘇醒的大地

有雁聲飛渡的晚秋

和原古生命對(duì)未來的呼喚

——化石深處的黎明

上世紀(jì)80年代，華洪考入西北大學(xué)地質(zhì)系地質(zhì)學(xué)專業(yè)。等到開設(shè)《地史學(xué)》課程時(shí)，華洪被老師講述的那個(gè)神秘世界所吸引，學(xué)習(xí)起來也格外認(rèn)真。每次實(shí)習(xí)課之前，他都會(huì)仔細(xì)地做好預(yù)習(xí)，不止是看書，還要把將要實(shí)習(xí)的時(shí)代的典型柱狀圖預(yù)先畫好。他的“畫圖”極具風(fēng)格，每個(gè)時(shí)代會(huì)出現(xiàn)什么化石，他都會(huì)把對(duì)應(yīng)的素描圖標(biāo)注進(jìn)柱狀圖里去。這樣具象而美觀的作業(yè)一交上去，地史學(xué)老師就極為欣賞，每次都會(huì)當(dāng)做范本在班上展示，告訴學(xué)生們，作業(yè)還可以這樣做。

《地史學(xué)》不僅是地質(zhì)學(xué)，也是古生物學(xué)的核心課程。師長(zhǎng)的鼓勵(lì)，在華洪心中種下一粒種子，何時(shí)萌芽，只待時(shí)機(jī)。華洪升入大學(xué)三年級(jí)時(shí)，恰逢國(guó)家305項(xiàng)目啟動(dòng)不久，這個(gè)項(xiàng)目的主要目的就是針對(duì)新疆地區(qū)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行地質(zhì)勘查，他們系也承擔(dān)了一個(gè)課題，目標(biāo)是天山。懷著對(duì)大漠戈壁和新疆這片未知世界的渴望，華洪也跟進(jìn)了這支考察實(shí)習(xí)隊(duì)。

“我們到天山考察的第一天，剛把營(yíng)房帳篷搭好，老師就想出去散散步，順便看看那邊的山溝里有什么地質(zhì)現(xiàn)象，結(jié)果就用鐵錘打出了一顆筆石化石，恰好解決了一個(gè)長(zhǎng)期懸而未決的問題。”親眼目睹那一幕，華洪年輕的心里無比震撼，彼時(shí)他才發(fā)現(xiàn)古生物原來對(duì)解決重大問題有這么大的幫助?！昂髞?，每次出去考察，都會(huì)感覺在古生物學(xué)科，再怎么做工作，總會(huì)有一些新的發(fā)現(xiàn)涌出來。整個(gè)古生物學(xué)科充滿了挑戰(zhàn)，這是我特別感興趣的地方?！比A洪說。

1987年，華洪大學(xué)畢業(yè)了，他想要更深入地鉆研古生物學(xué)，因此選擇跟隨那位地史學(xué)老師攻讀碩士學(xué)位?！八亲鲈缙谏芯康模饕υ?2?14億年前的疊層石上。我也就跟著他走上了疊層石研究之路。”從那時(shí)起，他開始跟進(jìn)導(dǎo)師負(fù)責(zé)的基金項(xiàng)目，從河南到陜西，從甘肅到寧夏，從疊層石轉(zhuǎn)到中元古代遺跡化石研究?！耙婚_始做得不是太成功?！比A洪輕描淡寫地說了一句，然而，這種不順利并不能成為阻礙他繼續(xù)走下去的理由。相反，在1990年獲得西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古生物學(xué)地層學(xué)碩士學(xué)位之后，他依然念念不忘繼續(xù)深造。

“我老家是江蘇的，大學(xué)時(shí)代，父母從西安調(diào)回了無錫老家。而我在學(xué)古生物之后，就知道了江蘇有一個(gè)中國(guó)最好的古生物研究所——南京地質(zhì)古生物研究所，那時(shí)我就想有一天能去南古所，離家鄉(xiāng)近一些。”或許是天意，在攻讀碩士學(xué)位期間，華洪的導(dǎo)師與南古所的一位老師保持了長(zhǎng)年的學(xué)術(shù)交流，華洪也因此常常去南古所學(xué)習(xí)。留校5年后，華洪一心想要讀博士，這一次，他考入的就是南古所，他的“小心愿”終于實(shí)現(xiàn)了。

“選擇古生物學(xué)，是偶然，也是必然?！闭劦阶约寒?dāng)年的經(jīng)歷，華洪這樣說。此后，1998年，他拿到南古所博士學(xué)位。2000年10月至2001年10月，他以訪問學(xué)者身份赴加拿大Saskatchewan大學(xué)地球科學(xué)系開展博士后研究。2003年3月至2009年1月，他又在中科院南京地質(zhì)古生物研究所進(jìn)行了新一輪的博士后研究。不斷的學(xué)習(xí)和充實(shí)之間，華洪本人的事業(yè)也在走上坡路：2003年晉升為副研究員，2006年晉升為教授并入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，2008年遴選為古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)博士生導(dǎo)師，而現(xiàn)在的他，是西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系副主任。是的，即使有了回鄉(xiāng)的機(jī)會(huì)，他也并沒有真的離開西北大學(xué)。兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)之中，他的事業(yè)依然在千里之外的那方土地上。

有一種情懷叫高家山

最早的魚兒怎么沒下巴？

最早的鳥兒怎么嘴長(zhǎng)牙？

最早登陸的魚兒怎么沒有腿？

最早的樹兒怎么不開花？

逝去萬載的世界可會(huì)重現(xiàn)？

沉睡億年的石頭能否說話？

長(zhǎng)眠地下剛蘇醒的化石啊，

請(qǐng)向我一一講述那奇幻的神話。

——化石吟

“2000年前后，我申請(qǐng)了一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，研究高家山生物群里的微體骨骼化石。這項(xiàng)研究一直延續(xù)到現(xiàn)在，先后獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金3個(gè)面上項(xiàng)目以及一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目的支持，取得了重大的進(jìn)展?！?/p>

華洪自稱，他的研究是在老先生的基礎(chǔ)之上往下做，不斷取得進(jìn)展，最具代表性的，就是將高家山生物群中的生物門類做了系統(tǒng)闡述和研究，也修正了此前學(xué)界的一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。其中，對(duì)Conotubus（錐管蟲）和Gaojiashania（高家山蟲）的重新厘定就是重要的一環(huán)。不止如此，他們還對(duì)其進(jìn)行了新的形態(tài)學(xué)信息補(bǔ)充，并作出了相應(yīng)的形態(tài)學(xué)復(fù)原，提出了不少具有“首次性”的結(jié)論。

重新厘定前人的研究，需要有勇氣，也需要有眼力。前些年，國(guó)際著名早期生命研究專家Andrey Yu.Zhuravlev等人報(bào)道了發(fā)現(xiàn)于西伯利亞的一類管狀化石，并將之定性為高家山蟲。華洪和課題組在研究中發(fā)現(xiàn)，這種管狀化石其實(shí)與高家山蟲存在形態(tài)、結(jié)構(gòu)上的差異，他們根據(jù)高家山生物群中的實(shí)證化石材料進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比，否定了Zhuravlev等人的報(bào)道，重新定義為Shaanxilithes（陜西跡）。華洪確定，陜西跡可能是一類特殊的實(shí)體管狀化石，與Cloudina一樣，它具有十分穩(wěn)定的地史分布，可能成為新元古代末期另一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)化石。

說到這里，就要提一下Cloudina了。它是新元古代末期全球廣泛分布的一類錐管狀化石，目前已經(jīng)成為埃迪卡拉紀(jì)地層劃分和對(duì)比的重要標(biāo)準(zhǔn)化石之一。國(guó)外學(xué)者們?cè)J(rèn)為，Cloudina生活在疊層石發(fā)育的淺水碳酸鹽巖環(huán)境中并且極有可能就用管體的封閉端固著生活在疊層石表面或者疊層石內(nèi)部。但華洪課題組通過對(duì)華南埃迪卡拉系燈影組碳酸鹽巖地層中的Cloudina化石材料研究發(fā)現(xiàn)，這里的Cloudina至少有3種固定生活方式：管體封閉端固著到發(fā)育微生物席的碳酸鹽巖基底上；部分管體埋在基底中生活；部分管體平躺在基底上+部分管體直立伸入水體中生長(zhǎng)。相關(guān)成果2014年發(fā)表在Gondwana Research上。

“我們?cè)谘芯窟^程中，對(duì)于早期骨骼化提出一個(gè)認(rèn)識(shí)：由于當(dāng)時(shí)捕食壓力的增加，以及其他動(dòng)物的出現(xiàn)，導(dǎo)致這些生物要分泌骨骼來抵御外界入侵。2003年，我們?cè)趪?guó)際著名刊物PALAIOS上發(fā)表了一篇文章來論述這個(gè)觀點(diǎn)，已經(jīng)有了一定的研究。”在高家山生物群研究上，華洪考慮的其實(shí)不只是骨骼化，還有化石埋藏。

在大量的野外工作積累下，他和隊(duì)友們找到了風(fēng)化微弱的化石樣品，在無數(shù)次樣品加工和測(cè)試之后，終于發(fā)現(xiàn)高家山生物群中以“黃鐵礦化”“有機(jī)炭質(zhì)壓膜”和“粘土礦物交代”這3個(gè)端元為主的混合型化石保存方式。進(jìn)一步分析后，他們認(rèn)為，高家山的化石保存方式與顯生宙（尤其是寒武紀(jì)）以及部分前寒武紀(jì)細(xì)粒碎屑巖相化石生物群的保存具有很大的相似性。而高家山實(shí)證材料則表明，類似的保存方式可能廣泛存在于各個(gè)地史時(shí)期的細(xì)粒碎屑巖相中。這為前寒武紀(jì)特異埋藏化石生物群的埋藏學(xué)機(jī)制的研究以及啟示尋找新的潛在特異埋藏化石庫提供了重要依據(jù)。

“我清楚地記得，在十幾年前，我們做的高家山生物群研究材料甚至連準(zhǔn)備一篇碩士論文都不夠。而現(xiàn)在，在這個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)畢業(yè)了好幾個(gè)博士了，相關(guān)研究成果已有20余篇在國(guó)際知名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表?！比A洪感慨道，“只要下了功夫努力去做，總有一些新的發(fā)現(xiàn)，不斷改變你以前的認(rèn)識(shí)。”在他看來，做工作一定要堅(jiān)持。高家山生物群，在他十幾年的堅(jiān)持下，已經(jīng)成為了一種情懷?！耙欢ㄒ幸浑p能夠發(fā)現(xiàn)的眼睛，然后要踏踏實(shí)實(shí)地去做。如果當(dāng)年在那種窘迫的境況下就放棄了，不可能有后來幾個(gè)基金的支持?！?/p>

事實(shí)上，就在2015年的夏天，他又在高家山生物群中發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)新的化石類型。沒有堅(jiān)持，就沒有發(fā)現(xiàn)。華洪堅(jiān)定地相信這一點(diǎn)。

化石埋藏中的密碼

過了多少億年，

地質(zhì)勘察隊(duì)員

在巖層里發(fā)現(xiàn)你，

依然栩栩如生。

但你是沉默的，

連嘆息也沒有，

鱗和鰭都完整，

卻不能動(dòng)彈。

——魚化石

“化石埋藏”是華洪科研上的“另一條腿”。“從現(xiàn)代生物模擬來反推這些生物是如何形成化石的。”華洪的該項(xiàng)研究起步于前兩年，在2016年年底，他負(fù)責(zé)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“動(dòng)物胚胎的實(shí)驗(yàn)埋藏研究”就將結(jié)題。以目前的進(jìn)展來看，他在武昌魚胚胎的磷酸鹽化及硅酸鹽化實(shí)驗(yàn)和蝦卵的實(shí)驗(yàn)埋藏研究上頗有心得。

磷酸鹽化實(shí)驗(yàn)表明在不同環(huán)境條件下武昌魚卵形態(tài)差異顯著。比如：在微生物條件下，魚卵通常具有完整的外殼和完整的核部；富氧條件下，魚卵外殼多保存下來，并展現(xiàn)出大致的輪廓，但核部消失；在酸性條件下，核部保存下來，但外殼消失。而在硅酸鹽溶液浸泡的實(shí)驗(yàn)中，胚胎的卵膜跟核部不僅外部形態(tài)各異，其大小變化相差也非常大。根據(jù)這些現(xiàn)象，華洪和他的隊(duì)友提出了一系列推論，不僅對(duì)磷酸鹽化和硅化的胚胎化石的研究鑒定提供了有益參考，也為其成因的探索提供線索和新的思路。

同樣的，在2015年的《微體古生物學(xué)報(bào)》上發(fā)表了華洪課題組的成果。這一次是蝦卵的實(shí)驗(yàn)埋藏研究進(jìn)展。當(dāng)他們把蝦的休眠卵，分別在不同水介質(zhì)條件（普通海水、淡水、高濃度磷酸鹽溶液、硅酸鹽溶液）下進(jìn)行腐解及礦化的實(shí)驗(yàn)后，對(duì)蝦卵在不同環(huán)境下的保存能力、蝦卵在不同發(fā)育階段的保存能力有了充分的了解，為磷酸鹽化胚胎化石的解釋提供重要參考。

“早期胚胎研究特別熱門，學(xué)界在華南埃迪卡拉紀(jì)陡山沱里發(fā)現(xiàn)了好多胚胎化石，但到底是植物還是動(dòng)物，一直都沒有定論。”華洪就是在這樣的背景下作出了這樣的設(shè)定——以現(xiàn)在的胚胎模擬當(dāng)時(shí)形成化石的過程，看看在形成化石的過程中會(huì)出現(xiàn)哪些變化。一個(gè)靈感催生了一系列的研究，而他就是一位探秘者。

手記：從容淡定才是真

前文講到華洪隨老師去天山考察。如果不是記者后來又追問了一聲，他恐怕根本不會(huì)講到期間遭遇過一次險(xiǎn)情。

“我們把帳篷搭在河漫灘上，原本應(yīng)該是安全的。沒想到一場(chǎng)暴雨把舊河道沖開了，我們和車被圍到了河道中間。水很大，大概一張桌子大小的石頭在河道里翻滾，我們?cè)趺匆策^不去?！蹦且淮?，他們差點(diǎn)彈盡糧絕，要喝水，可水里都是泥沙，沉淀上一兩天也只有上面的一點(diǎn)能喝，7個(gè)人靠著半袋面撐了一個(gè)禮拜，直到水停了，托克遜的維族人給他們開路，他們才有機(jī)會(huì)走出去。

“出了溝以后，車弄不出來就回不到縣城。我們知道隔壁溝里有一個(gè)地質(zhì)隊(duì)，課題組的一個(gè)同學(xué)騎了一天的毛驢去求援，人家來了車，才把我們拉走。”過去的很多年，每年暑假，他都會(huì)有個(gè)把月“跑野外”，這種驚險(xiǎn)的局面縱然不常見，其他小狀況也有不少。時(shí)過境遷，到他口中，只剩下一句，“那也是很值得回味的”。

他總是很淡定。2014年，華洪和南古所合作的藍(lán)田生物群研究獲得江蘇省科技一等獎(jiǎng)?！耙阅瞎潘鶠橹鳎沂莻€(gè)配角?！比A洪說。在“報(bào)獎(jiǎng)”這回事上，華洪向來不主動(dòng)，因?yàn)椤吧暾?qǐng)挺麻煩的，顧不上?！崩碛闪钊溯笭?。

現(xiàn)在的華洪，是主管教學(xué)的副院長(zhǎng)，精力也發(fā)生了轉(zhuǎn)移。“交流很重要，就算我不像以前那么頻繁參加學(xué)術(shù)會(huì)議，也會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生去參加?！彼俏鞅贝髮W(xué)地質(zhì)系第一個(gè)自己掏錢送博士生去國(guó)外進(jìn)修和參加學(xué)術(shù)會(huì)議的教師，千方百計(jì)創(chuàng)造交流機(jī)會(huì)。

2001年底，華洪自加拿大歸來，就產(chǎn)生了一個(gè)想法——辦一個(gè)青年教師沙龍，讓大家有機(jī)會(huì)交流在國(guó)外學(xué)習(xí)和工作的感受，讓大家開闊眼界，吸收新鮮事物?！爸耙?yàn)镾ARS中斷了，十年以后終于又完成了我的夙愿?！睆牟欢ㄆ诘矫?jī)芍芤淮危踔烈恢芤淮?，地質(zhì)系的沙龍?jiān)睫k越紅火，華洪但凡有時(shí)間都會(huì)去沙龍上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，看到活躍的氣氛，他就倍感欣慰。

他相信“寓教于研、以研促教、研教融貫、教研相長(zhǎng)”才是王道，一心想要拆除學(xué)校和社會(huì)之間的墻、教學(xué)和科研之間的墻、各學(xué)院各專業(yè)之間的墻，以及教與學(xué)之間的墻，將教學(xué)做成最大的事業(yè)。

“其實(shí)我在指導(dǎo)學(xué)生的過程中也收獲不少。曾經(jīng)，有個(gè)學(xué)生提出了很多問題：黃鐵礦化化石為什么經(jīng)常出現(xiàn)，但黃鐵礦化軟軀體化石為何如此稀少？為什么同一類化石有多種不同保存方式……這些問題給了我靈感，結(jié)合研究方向，我就提出了一個(gè)本科生創(chuàng)新基金‘高家山生物群埋藏學(xué)研究，隨著研究的深入在此基礎(chǔ)上我獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助?！泵棵刻岬竭@些學(xué)生，他都很自豪，反而戲稱自己已經(jīng)“退居二線”，學(xué)生才是未來科研的主力。尤其當(dāng)學(xué)生獲得全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文提名，申請(qǐng)到基金支持，他總是比他們更高興。