追溯遠(yuǎn)古世界 探索生命演化

楊嬌

古生物學(xué)是地球科學(xué)與生命科學(xué)的交叉學(xué)科，主要研究地質(zhì)歷史時(shí)期生物的起源、進(jìn)化和生物多樣性的演變、地球的環(huán)境變化、以及生物與環(huán)境的關(guān)系。古生物學(xué)研究可使人們認(rèn)識(shí)地質(zhì)歷史中的生物多樣性、更深入地了解自然歷史，可使人類充分認(rèn)識(shí)生物與環(huán)境的相互依存關(guān)系，可為未來全球氣候和環(huán)境變化提供預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，可為石油、天然氣、煤炭等礦產(chǎn)資源的勘探、開發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。

北京大學(xué)是近代中國(guó)較早開展古生物學(xué)教學(xué)和科研工作的機(jī)構(gòu)之一。1909年，京師大學(xué)堂設(shè)立地質(zhì)學(xué)門，之后改名為北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)門。上世紀(jì)20年代以來，著名古生物學(xué)家李四光、葛利普等在此任教，培養(yǎng)了大批人才，他們中有20余位成為中國(guó)科學(xué)院院士，為我國(guó)古生物學(xué)事業(yè)的早期發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。20世紀(jì)50年代，北京大學(xué)設(shè)立地層古生物學(xué)專業(yè)。2002年，在原古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)上，組建而成立史前生命與環(huán)境研究所（下文簡(jiǎn)稱“研究所”）。目前，該研究所共有教員12人，其中中科院院士1名（兼職）、教授7名（包括長(zhǎng)江特聘教授1名）、“青年千人計(jì)劃”研究員1名、副教授3名。學(xué)術(shù)隊(duì)伍梯隊(duì)合理，研究方向多樣，涵蓋地球生物學(xué)、演化古生物學(xué)、地層學(xué)、沉積學(xué)和古環(huán)境研究等多個(gè)領(lǐng)域。

得益于近百年的學(xué)術(shù)積淀、以及中國(guó)得天獨(dú)厚的地域優(yōu)勢(shì)和豐富的化石資源，研究所在以下三個(gè)領(lǐng)域取得了一系列具有國(guó)際影響的成果：（1）古生代無脊椎動(dòng)物群、地層學(xué)及古環(huán)境研究；（2）志留—泥盆紀(jì)維管植物登陸及其演化分異研究；（3）中生代海生脊椎動(dòng)物群和兩棲類、爬行類的研究。新組建的前寒武紀(jì)地球生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，也已形成一定的學(xué)術(shù)影響力。近5年來，主導(dǎo)或合作發(fā)表大量科研成果，其中包括3篇Nature、2篇Science、1篇Nature Communications及3篇PNAS論文。

古生代無脊椎動(dòng)物群、地層學(xué)和古環(huán)境是研究所的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。近10余年來，該所在中國(guó)寒武紀(jì)—石炭紀(jì)地層中系統(tǒng)采集數(shù)萬枚動(dòng)物化石標(biāo)本，對(duì)其形態(tài)、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分類的研究，增進(jìn)了人們對(duì)華南、華北、新疆等地區(qū)古生代海生無脊椎動(dòng)物多樣性的認(rèn)識(shí)；在中國(guó)寒武紀(jì)地層發(fā)現(xiàn)化石胚胎Markuelia，發(fā)現(xiàn)一系列寒武紀(jì)“奧斯坦型”磷酸鹽化保存的三維軟軀體節(jié)肢動(dòng)物；詳細(xì)研究了寒武—奧陶紀(jì)微生物礁和最早的苔蘚動(dòng)物礁；發(fā)現(xiàn)華南早奧陶世軟軀體埋藏的淺水型群落——分鄉(xiāng)動(dòng)物群；系統(tǒng)描述、厘定及新建立泥盆—石炭紀(jì)腕足、牙形類、介形類、珊瑚、菊石等多門類海洋動(dòng)物數(shù)百種，并以此為依據(jù)，建立或厘定華南和北疆關(guān)鍵地區(qū)的中泥盆世—早石炭世生物組合帶；依據(jù)對(duì)海生無脊椎動(dòng)物化石的深入研究，對(duì)中國(guó)若干關(guān)鍵地區(qū)的區(qū)域地層（特別是泥盆系-下石炭統(tǒng)）進(jìn)行精細(xì)劃分和對(duì)比，系統(tǒng)研究了泥盆紀(jì)晚期的弗拉—法門之交的絕滅事件（顯生宙五次大絕滅之一）、泥盆—石炭紀(jì)之交的生物事件，提出弗拉—法門之交生物的階梯式絕滅模式，揭示了華南泥盆—石炭紀(jì)之交的底棲動(dòng)物演替規(guī)律。近10余年來，該研究所在這一領(lǐng)域的研究成果在Nature、Palaeontology、PalaeogeographyPalaeoclimatology-Palaeoecology等國(guó)際重要期刊發(fā)表SCI論文160余篇。

維管植物登陸及其早期演化的研究，是研究所的一大特色方向。新發(fā)現(xiàn)或重新研究早期陸生維管植物的代表分子50余屬，使得華南成為研究“植物登陸”的關(guān)鍵地區(qū)之一。一系列保存精美的新植物的發(fā)現(xiàn)，修正了維管植物演化模式的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)?；谌A南證據(jù)，該所提出植物根系、葉器官在早泥盆世的多次起源，提出早泥盆世維管植物大爆發(fā)假說；發(fā)現(xiàn)東亞地區(qū)多樣化的早期種子植物；發(fā)現(xiàn)最古老的具根系土壤，揭示了早期維管植物的成土作用（Xue et al.， 2016， PNAS封面文章）。

研究所以江大勇教授等為主導(dǎo)，組建了國(guó)際團(tuán)隊(duì)，對(duì)中生代海生爬行動(dòng)物的起源和多樣性演變、古環(huán)境背景等開展了近20年的長(zhǎng)期研究，取得了一系列研究成果。2010年Science雜志以“Excavation Yields Tantalizing Hints of Earliest Marine Reptiles （科學(xué)發(fā)掘揭示最早的海生爬行動(dòng)物）”為題對(duì)該團(tuán)隊(duì)在安徽巢湖的科學(xué)考察進(jìn)行焦點(diǎn)報(bào)道。2014年，該團(tuán)隊(duì)發(fā)表Nature文章，報(bào)道了最原始的魚龍形動(dòng)物——柔腕短吻龍，填補(bǔ)了陸地祖先與完全適應(yīng)海洋生活的魚龍之間的演化環(huán)節(jié)，提出魚龍類很可能起源于中國(guó)的科學(xué)假說。后續(xù)，該團(tuán)隊(duì)又提出魚龍形動(dòng)物在早三疊世晚期演化速度非?？?，且在其起源后的最初一百萬年（斯帕斯亞期）里生物多樣性快速發(fā)展，并快速占據(jù)不同的生境。

研究所的長(zhǎng)江特聘教授高克勤長(zhǎng)期致力于中生代陸地脊椎動(dòng)物的研究，多次主持和參加冀北-遼西、山東山旺、甘肅北山以及外蒙戈壁等地區(qū)的科學(xué)考察和化石發(fā)掘，采集并系統(tǒng)研究了大量脊椎動(dòng)物化石，在侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)離龍類生態(tài)、形態(tài)分異及系統(tǒng)演化以及蠑螈類起源、分支系統(tǒng)演化及生物古地理分析等方面做出了突出貢獻(xiàn)。2012年，研究命名了一種蠑螈類——建平北燕螈（Gao and Shubin， 2012， PNAS），代表蠑螈亞目最早的化石記錄，為研究確定蠑螈亞目的起源時(shí)間提供了重要的化石證據(jù)。高克勤教授還參加了恐龍羽毛顏色的聯(lián)合攻關(guān)研究，復(fù)原了赫氏近鳥龍、小盜龍的羽毛顏色（Li et al.，2010，2012， Science），發(fā)現(xiàn)帶羽毛恐龍的關(guān)鍵生理轉(zhuǎn)變（Li et al.， 2014， Nature）。2012年，該研究所引進(jìn)“青年千人計(jì)劃”沈冰博士，組建了前寒武紀(jì)地球生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。2016年，沈冰課題組通過對(duì)新元古代臼齒碳酸鹽巖的鎂、硫同位素分析，提出了新元古代海底甲烷大量釋放這一新的假說，這為探索地球早期氣候變遷提供了新的思路（Shen et al.， 2016， Nature Communications）。同年，該課題組利用鎂同位素揭示了新元古代全球冰期結(jié)束過程中強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，直接驗(yàn)證了雪球地球理論，但該項(xiàng)研究成果也對(duì)雪球地球理論進(jìn)行了修正（Huang et al.， 2016， PNAS）。

秉承傳統(tǒng)、開拓創(chuàng)新。在未來的 5至10年，該研究所擬在上述領(lǐng)域繼續(xù)保持傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)表更多高水平研究論文，鼓勵(lì)并推動(dòng)古生物學(xué)的綜合性、理論性研究以及學(xué)術(shù)專著和高水平教材的出版，擬擴(kuò)大國(guó)際合作與交流，增加對(duì)國(guó)際學(xué)術(shù)活動(dòng)的領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。通過努力奮斗，研究所以期建立具有國(guó)際引領(lǐng)作用的學(xué)術(shù)力量，立足于中國(guó)的區(qū)域性、案例性研究?jī)?yōu)勢(shì)，培育原始創(chuàng)新，推動(dòng)理論創(chuàng)新，在更為普遍的進(jìn)化生物學(xué)與環(huán)境演化問題上，在國(guó)際學(xué)術(shù)圈形成北大獨(dú)特的影響力。