石一乾坤|重点实验室巡礼

作者: 胡珉琦

来源: 中国科学报

发布日期: 2020-09-17

中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室自成立以来,致力于研究脊椎动物的起源与演化,取得了一系列重要的化石发现和研究成果,推动了古生物学与其他学科的交叉融合,特别是在古DNA研究方面取得了显著进展。实验室利用独特的地质条件和丰富的化石资源,形成了“从鱼到人”的演化主线研究优势,推动了国际学术界对相关领域的关注。

中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室(以下简称脊椎动物演化与人类起源重点实验室)主任朱敏表示,古生物学已经揭示,脊椎动物的进化最早可以追溯到距今5.3亿年前的一条最古老的鱼。在“从鱼到人”的这段波澜壮阔、跌宕起伏的演化历程中,许多关键节点的脊椎动物化石正是由古脊椎所学者首次发现的,它们通通被标记在世界古生物研究的版图上。

现在的古生物学研究已经不是过去单一学科的模式,而成为了一场地球科学与生命科学的“共舞”。

守正:“从鱼到人”的演化主线

在本世纪初的近15年里,古脊椎所研究员朱敏带着中国早期脊椎动物研究课题组,为有颌类动物的起源与早期演化、硬骨鱼纲动物的起源与早期演化、四足动物的起源这三个重要研究方向找到了极为关键的化石证据。这些化石的意义就在于,解决了古生物学与演化生物学领域一些长期争论不休的理论问题,比如颌的起源、人面骨骼的出现、硬骨鱼纲的起源、肉鳍鱼亚纲的起源等等,并且改变了学术界对这些重大问题的固有认识。

与其有着同等分量的,是中科院院士周忠和、古脊椎所副所长徐星研究员领衔的热河生物群研究。他们在鸟类及其飞行和羽毛的起源,恐龙、翼龙、早期鸟类、哺乳类和两栖类的进化等方面取得了一系列举世瞩目的原创性成果。古脊椎所正是凭借我国得天独厚的脊椎动物与人类化石资源和独特地质条件,在国际上形成了“从鱼到人”这条脊椎动物演化主线研究的优势地位。

徐星告诉《中国科学报》,研究所许多成果和学术观点,已经被西方权威教科书所采用。而在大名鼎鼎的英国自然历史博物馆内,中国古脊椎动物学奠基人、古脊椎所首任所长杨钟健的照片,与达尔文、欧文等世界级科学泰斗悬挂在一起,他也是亚洲唯一获此殊荣的科学家。

与已有90年历史的古脊椎所相比,脊椎动物演化与人类起源重点实验室的成立虽然只有短短12年,但无论研究方向还是科研文化,都与古脊椎所一脉相承。朱敏更表示,古脊椎所一直举全所之力“经营”这一实验室。近年来,来自脊椎动物演化与人类起源重点实验室的重大发现常被《科学》《时代周刊》和《发现》等列入年度重要新闻。

化石是地球亿万年来生物演化和人类起源的重要证据,而关于生命的演化还有着数不清的难题。每一次重要化石的发现,都是在不断拓展全人类的知识疆界。中国古生物学家笔下是一个个洪荒时代的史诗故事,既关乎这个世界的过去,也预示着它的未来。

古脊椎所所长邓涛强调,发现了重要化石并不等同于做出了重要研究。古生物学绝非简单的材料科学。在化石发现和物种描述的基础上,需要重建脊椎动物的系统发育关系,揭示脊椎动物重要类群的起源、形态功能演化以及宏演化机制。邓涛说:“如果研究者没有完整、深厚的知识积累,就很难以小见大,阐明化石在演化历程中的角色和关键作用。”

创新:大放异彩的古DNA研究

2010年,已灭绝古人类尼安德特人的基因组草图完成,有关人类起源的故事发生了一个轰动全球的戏剧性转折。古生物学是一门非常古老的学科,过去普遍认为,相比其他学科,它的研究方法和手段更新较为缓慢。但是,经典不意味着固守传统,止步不前。朱敏表示,脊椎动物演化与人类起源重点实验室成立以来,一直在探索一种更有生命力的发展策略。

众所周知,人类对基因组结构研究的巨大进展已经影响了生命科学的方方面面,古生物学也不例外。周忠和说:“最近十几年是古DNA研究的一个黄金期。把现代分子生物学与原始化石材料结合起来,我们赶上了一个好时代。”

2013年,付巧妹和帕博团队联合开发了一种类似“钓鱼”的古核DNA捕获方法,将田园洞人化石仅占0.03%的人类DNA从大量来自土壤微生物的DNA中吸附、富集并“钓取”出来。2014年,付巧妹团队成功从西伯利亚距今约4.5万年的人类股骨中获得高质量的基因组序列。这项研究不仅首次提出了现代人祖先进入亚洲的路线并非只有单一的南线,还确定了现代人祖先与尼安德特人基因交流的时间。

融合:从“生物”向“环境”衍生

2017年,历时12年,古脊椎所研究员汪筱林团队在新疆哈密戈壁大漠的白垩系地层中,抢救性采集了一件超过200枚翼龙蛋、胚胎和骨骼化石三位一体保存的标本,其中16枚翼龙蛋含有三维立体的胚胎化石。这一发现被认为是“翼龙研究200年来最令人激动的发现之一”。

脊椎动物与人类的演化从来不是孤立事件,演化历史过程中的一些重大环境事件、环境演变过程,与它们究竟存在怎样的关系,这些多学科问题越来越吸引着古生物学家的关注。脊椎动物演化与人类起源重点实验室成立以来,朱敏一直坚持古生物学与其他学科的交叉、融合。

中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室简介

实验室成立于2008年,原名为“中国科学院脊椎动物进化系统学重点实验室”;2012年,为了更好地整合资源,合并为“中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室”。合并后的实验室在充分利用我国得天独厚的脊椎动物与人类化石资源和独特地质条件的基础上,整合古生物和现生生物资料,面向世界科学前沿开展古生物学、古人类学和演化生物学关键科学问题的探索与理论研究。

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