北京日报 | 记者 刘苏雅
约4.36亿年前，在华南大陆扬子海边缘，一个鱼群正在海底畅游、捕食。然而，致命危机突然降临，地震，或是上游涌入河口的洪水，短时间内带来了大量泥沙，迅速将体型不过几厘米、在水底附近活动的鱼类等生物“封存”，化石中小鱼挣扎的姿态被瞬间定格。
沧海桑田春复秋。2019年，地质锤一次不经意的敲击，找到了重庆特异埋藏化石库这一鱼类化石“宝库”的钥匙。中科院院士、中科院古脊椎与古人类研究所研究员朱敏团队寻遍全国，终于发现了这个志留纪早期的“水族馆”。而被“定格”在此的古鱼类，就是人类等脊椎动物遥远的祖先。这一发现，填补了“从鱼到人”演化史上最初始的空白一页。
发现最古老的有颌类牙齿化石，找到完好保存的世界最早的软骨鱼类化石，将完整有颌类的化石记录前推了1100万年……今年9月29日，《自然》杂志以封面文章的形式，同期连发朱敏团队的四篇论文，让我们终于得以窥见上古时代“鱼类黎明”的一角。
朱敏院士 芦涛摄
团队正在野外工作。
一脚“踢”出重大发现
北至双鸭山，南至海南岛，西至西藏阿里地区，朱敏的足迹遍布祖国大地。而他的“寻宝”目标，却是脊椎动物身体上一处很少被人留意的部位——颌。
颌的出现，是生命演化史上一次重要的飞跃，为脊椎动物称霸世界起到了关键作用。生活在水中的无颌类动物可以借助水流，把食物直接吸进嘴巴，但在陆地上，动物必须拥有主动摄食的能力才能生存，这样一来，拥有灵活的上颌和下巴极大增加了动物的演化潜力，为它们登上陆地做好了准备。
分子钟研究已经推断出，有颌类最晚在距今约4.5亿年前的奥陶纪晚期就已出现，因此在后续的志留纪地层，理应存留着有颌类化石。但之前有颌类完整化石的记录只能上溯到约4.25亿年前的志留纪晚期，有颌类的早期演化存在一段绵延近3000万年的化石记录空白，美国古脊椎动物学家阿尔弗雷德·罗美尔曾称其为“古生物学史上一个顽固存在的重大空白”。
缺少确切化石记录的早期有颌类被称为“幽灵支系”，看不见、摸不到，究竟到哪里才能找到它们？我国志留纪地层主要包括下红层、上红层和罗德洛统红层，在多个省份均有分布，我国科研人员早在上世纪60年代起，就开始在全国范围内搜寻线索。追寻着老一辈的足迹，近十年来，朱敏带领团队踏遍了我国志留纪地层可能含鱼的200多个地点，其中就包括重庆市秀山土家族苗族自治县和贵州省石阡县。
“去了一般都找不到，不去肯定找不到。”这样“屡败屡战”的野外工作状态，几乎是古生物研究工作的常态。对此，古脊椎所副研究员朱幼安已习以为常：“我们就是把野外工作当成必须完成的任务。”
朱敏团队就这样找了十多年，虽然也在湘西地区的志留纪地层中找到了一些零散保存的棘刺、鳞片等可能是属于颌类的化石，但只靠这些零散材料，无法复原古鱼类的结构、推断它们的演化历程。“我们没法判断一枚鳞片究竟长在鱼的哪个部位，如果用它来做复原，就是盲人摸象。”朱敏说。
“靠证据说话”，是古生物学研究的信条。为了寻找证据，朱敏将目光投向了更古老的地层，但地层时间越久远，保存下来的化石就越少。多年来，团队获取到的化石在形成年代上没有实质性突破，始终徘徊在志留纪晚期，难以向前推进。
在石阡县一条新修通的公路旁，朱敏团队开启了科研的“幸运之旅”。
2019年2月，是近十年来朱敏第三次到石阡地区开展野外工作。这一次，在公路旁的峭壁上，他们发现了一处历经4.38亿年沧海桑田的化石富集层——贵州石阡化石库，团队成员、古脊椎所研究员赵文金在这里一待就是半年，采集到了大量样本。
几个月后，类似的“剧本”在秀山县再次上演。另一条盘山公路，成为了穿越到志留纪早期的“时光隧道”。
回忆起重庆特异埋藏化石库的发现过程，团队成员李强每讲一次都难掩激动：“我们原本的目标并不是那儿，之前已经在野外工作了大半个月，当然和往常一样，并没有什么重要的发现，还是挺泄气的。”
但事情的转折总是藏在不经意的决定中。朱敏在查看地图时，发现周边有一处2018年新修成的盘山公路——川河天路，当即决定实地去看一看。
天路蜿蜒而上，在修建过程中产生了大量新断面和碎石，从山脚驾车而上需要经过45个大弯道，当地称其为“川河盖45拐”。团队一路向上而行，不时停下来，掏出地质锤对路边的碎石敲敲打打。就这样走走停停到了第38拐，依然没有任何惊喜。此时大家已经工作了一整天，都疲惫不堪，一位队员在采样过程中，开玩笑地踢向旁边同伴。原本只是想调节一下沉闷的气氛，没想到同伴侧身一闪，踩到了一小堆新鲜的碎石。
抱着试试看的心态，几锤下去，惊喜出现：一条此前从未发现过的、保存完好的新鱼类化石现身了！由于川河天路位于川湘交界，于是团队为其取名“边城鱼”，以致敬沈从文的作品《边城》。
虽然边城鱼生存的年代是志留纪晚期，并没有在化石时代上达成突破，但这是一条重要的化石线索。朱敏团队在这里扎了根，整整挖掘了一年多，终于在附近更早的志留纪早期地层中有了重磅发现——川河盖地区绵延的大山里，藏着一座4.38亿年前志留纪早期的“史前水族馆”！
一块仅有巴掌大的化石石板上，数十条鱼类化石清晰可辨。“真是活灵活现啊！”仔细端详着清理完成的化石标本，朱敏忍不住惊叹。像这样“近乎完美”的化石，在重庆特异埋藏化石库接连出土。
随着样本收集的深入，李强感到无比庆幸。这批化石被封存在粉砂岩中，极其松软，很容易被雨水侵蚀风化。“最开始发掘的那几天，周边一直在下雨，如果再晚去几天，可能就要与它们擦肩而过了。”
“可遇而不可求。”这是朱敏对团队这一世界级发现的概括。看起来有些“误打误撞”的科考过程，其实隐藏着必然，一次次的走访、一锤锤的敲击，终于推开了了解地球生命早期历史的全新窗口。
4吨样本筛出0.03克化石
在野外工作，古生物研究者做得最多的动作就是“敲”。
找到特定年代的地层后，先将岩层取样挖出，再用地质锤小心地一层层敲开，寻找化石的踪迹。这需要一双“火眼金睛”，现场拍摄到的化石原始样本照片几乎没有任何特点，看起来就是一块普通的石头；但“阅石无数”的朱幼安就能敏锐地分辨出，断面上一处深色条带其实是一条鱼的化石，放到显微镜下，鱼的头、尾、鳞片等果然露出“真身”。
珍贵的标本被他们小心地收集起来，不过，研究的重头戏，还是要回到实验室里。
在贵州石阡采集到的重达4吨的岩石样本，装了满满几卡车，古鱼类的微体化石就藏在其中。这里虽是化石的富集层，要想从中找到珍贵的化石样本，仍是“大海捞针”。这项工程，5个人足足做了一年半。
岩石先要经过醋酸的洗礼。经过两次酸处理，这批岩石中的杂质被彻底除去，留下了约300公斤重的砂子状的样本。之后的工作就从大刀阔斧变成了精雕细琢，要想分辨出以毫米为单位的鱼类微体化石，必须在显微镜下“沙里淘金”，一点点筛选样品。
端坐在显微镜前的500多个日夜，一无所获是常态。但做古生物研究，必须适应心态的落差，坐得住“冷板凳”。
终于，好消息传来，在石阡县志留纪地层采回的4吨鱼类微体化石样本中，科研人员先后发现了23枚长度仅有2毫米左右的双列黔齿鱼牙齿标本，总重量仅有0.03克。这是世界范围内发现的最古老的有颌类牙齿化石，揭秘了最早有颌类牙齿的生长结构和发育特征。从牙齿的尺寸就能看出，这些古鱼类体型普遍较小。
娇小的体型，给后续的化石处理带来了挑战。距今4.36亿年的志留纪早期，大气含氧量低，重庆特异埋藏化石库出土的古鱼类化石体长不过3至4厘米。要想细致重建它们的身形，需要更确切的形态信息，这也意味着在处理化石时，需要更加精细。
处理大型的恐龙化石，操作可以大开大合，用气动笔打磨掉周围的岩石，就能相对轻松地露出化石。而朱敏团队在处理这批古鱼类化石样本时，用的是比缝衣针还要尖细的钢针与显微镜的组合。由于这批古鱼类身轻骨脆，又是保存在粉砂岩中，很多微小结构已经接近粉砂岩粒度保存精度的上限，操作时，甚至大气都不敢喘一下。
“要在显微镜下面小心修整，绝对不能划、不能挫，每次只能轻轻地搭一下，移掉一粒沙子。”化石清修人员抱着“宁可不修，也不能修坏”的原则，边观察、边修理，每块化石的处理过程短则一周，长则一两年。
在古脊椎所的实验室里，既有这些传统的“手艺活儿”，顶尖精密设备也不少见。古鱼类的骨骼很薄，与周边岩石间的密度差几乎为零，这为CT扫描工作出了难题。经过反复研究，科研人员发现，挖掘、切割会让化石顺着骨骼裂开几微米宽的缝隙。就是依靠这些肉眼都无法看到的裂缝，他们利用高精度CT扫描技术，精细描绘出了化石内部的骨骼形态信息，完成了三维模型的重建。全光位技术也被首次应用在古脊椎动物研究中。四十多个光源依次从各个方向顺序照过化石表面，在计算机软件中合成之后，化石表面的细节纤毫毕现，比头发丝还要细小的结构也能清晰地展现出来。这项技术曾经被用在法医、考古等领域，观察指纹、笔记、铭文等细微痕迹。其形成的数字图像，能将化石的三维表面信息与其他研究者共享，通过操纵虚拟光源的方向和强度，检验形态信息和解释是否准确。
通过这些顶尖的数字技术，科研人员将这批从未被发现过的古鱼类进行了精巧3D可视化复原。在复原图像中，它们仿佛又“活”了过来，从化石中“游”到了我们眼前。而更重要的是，这些鱼类的重要器官和身体的演化过程，也有了直观的化石依据。
化石证据刷新世界认知
奇迹秀山鱼结合了盾皮鱼类几大类群的特征，预示着有颌类头骨由盾皮鱼类向硬骨鱼类的转变，它将完整有颌类化石记录前推了1100万年；“披盔戴甲”的蠕纹沈氏棘鱼，是世界上目前发现最早的关联完好保存的软骨鱼类化石，也是鲨鱼的直系祖先，这枚近乎“完美”的化石，实现了我国志留纪-泥盆纪软骨鱼类化石发现“零的突破”；在灵动土家鱼化石的腹部，一对宽度不足1毫米、纵贯全身的腹侧鳍褶清晰可见，这个器官经过漫长的演化过程，最终演化为了脊椎动物的四肢……
手握重磅成果，朱敏团队信心满满。没想到，这批论文投稿的过程和他们想象的完全不同，可谓是一波三折。
对“有颌类最古老牙齿”的研究论文最先成稿，却在前后几个月里，收到来自《自然》《科学》两杂志审稿人的三次毙稿信。朱敏深知这一成果的分量，不愿改投其他期刊，论文便被暂时搁置。所幸，随着后续的同系列论文接连出炉，杂志编辑意识到了它们的科学价值，认为这是“一个完全出乎意料的特异埋藏”，这才将其“救”了回来。
通过了编辑的第一关，后面还有着重重考验。在团队成员看来，杂志编辑和审稿人看到这些如此重要的化石标本，应该是“五体投地、佩服之至”，迅速安排版面发表论文。“但我们收到的，是来自审稿人一轮又一轮的‘鞭打’。”朱幼安笑道。
非凡的结论，要有非凡的证据。审稿人发来的邮件中，开篇虽称赞了朱敏团队的研究成果是“peerless（无与伦比的）”，但后面紧跟着的，便是密密麻麻的20多条审稿意见。朱幼安回忆：“我们往下翻着邮件，一页接着一页，兴奋感一下就被浇灭了。审稿意见说，这里和过去的理论不符，请详细说明；这张照片不清楚，那张更不清楚，请全部重新拍摄；这一段请全部删去……”
论文正文不过4000字，但对第一轮审稿意见的回复，团队就写了8000字，紧接着是第二轮、第三轮……通常三轮交锋结束，审稿人就会作出采纳与否的结论，但这次，他们又迎来了第四轮。
期间，全光位技术“立了功”。通常在论文中，科研人员只会搭配单一光照条件下的一张或数张图片，这其中可能包含作者的主观视角，带来可重复性、可检验性等问题。这次，朱幼安用一个月重新拍摄整理了化石的全光位图片，顺利过了关。
经过10个月的四轮审稿，审稿人终于发来了确认邮件：“The revision is completed。（修改完成。）”此时，朱幼安已经心静如水，因为他知道，自己能够回答审稿人对这篇论文提出的任何问题。
其实在朱敏看来，答复审稿人看似苛刻的提问，是科研工作的必要一环。如果研究本身足够细致，证据经得起任何考验，文章即使流传几十年、上百年，也能“立得住”。
更让团队自信的是，刚刚发表的这批成果，只是对有颌类最早期演化的“惊鸿一瞥”。现在，他们的野外工作仍在继续，朱敏相信，未来仍将有惊喜不断涌现。“重庆川河盖地区有很大的研究潜力，这次的系列成果只是个开始，这批论文仅描述了其中复原的3条古鱼类，现在团队已初步整理出十余个鱼类属种，绝大多数都属于全新的类群。”
朱敏表示，重庆特异埋藏化石库是继澄江生物群、热河生物群之后，又一个在我国发现的、为探索生命之树演化重要节点提供大量关键证据的世界级特异埋藏化石库。它证实，最迟在4.4亿年前，有颌类各大类群已经在我国华南地区欣欣向荣。到志留纪晚期，更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球，开启了鱼类登陆并最终演化为人类的过程。对它们的详细研究，将持续改变我们对颌起源与有颌类最早期演化的认识，“我们还是要不断地追索、找寻”。
5种志留纪古鱼新属种的三维艺术复原，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。（拟石科技制作）
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