北京時間10月27日晚，《自然》（Nature）雜志以“長文”（Article）形式刊發(fā)了西北大學(xué)早期生命研究團(tuán)隊張志飛教授指導(dǎo)的博士生張志亮等人的最新成果——《化石證據(jù)揭示苔蘚動物門起源于寒武紀(jì)早期》，宣告在陜南鎮(zhèn)巴縣發(fā)現(xiàn)了地球上已知最早的苔蘚動物（苔蘚蟲）化石。該研究將苔蘚動物門的地質(zhì)歷史從奧陶紀(jì)前推到寒武紀(jì)大爆發(fā)早期，將其起源向前推進(jìn)了約5千萬年。

張志亮是論文第一作者，西北大學(xué)為第一完成和通訊單位。這是由舒德干院士領(lǐng)銜的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊自1996年以來在《自然》（Nature）《科學(xué)》（Science）上發(fā)表的第15篇論文。

該研究進(jìn)一步支持了舒德干團(tuán)隊提出的“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)”假說，完善了寒武紀(jì)地球動物樹歷時四千萬年的構(gòu)建過程，有效地銜接了由三大動物亞界（基礎(chǔ)動物、原口動物和后口動物）爆發(fā)性、分階段出現(xiàn)的化石證據(jù)鏈。

揭示苔蘚蟲的寒武紀(jì)起源

寒武紀(jì)大爆發(fā)是地球上已知最為宏偉的兩側(cè)對稱動物的生命爆發(fā)事件。在距今5.4-5.18億年前，地球海洋中突然爆發(fā)性地出現(xiàn)了包括脊椎動物在內(nèi)的幾乎所有現(xiàn)代動物的早期祖先代表。但是，地質(zhì)歷史中非常重要的動物門類—苔蘚動物門，卻一直缺乏確鑿的寒武紀(jì)化石記錄。它們個體微小、群體生活、模塊化生長、生態(tài)復(fù)雜，一直以來被認(rèn)為是奧陶紀(jì)大輻射的產(chǎn)物。

西北大學(xué)研究團(tuán)隊在陜南鎮(zhèn)巴縣小洋壩剖面燈影組西蒿坪段的生物碎屑灰?guī)r中，通過酸蝕處理，發(fā)現(xiàn)了毫米級的微體化石。經(jīng)課題組前期研究，聯(lián)合澳大利亞麥考瑞大學(xué)教授、西北大學(xué)兼職教授Glenn A. Brock，并與中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、英國自然歷史博物館、瑞典自然歷史博物館等國際學(xué)者合作研究，認(rèn)為這些微體化石代表了地球上已知最早的苔蘚動物（苔蘚蟲）化石。

模擬復(fù)原圖

舒德干院士介紹，“過去許多古生物學(xué)家在努力探索，只發(fā)現(xiàn)苔蘚動物最早的群體化石記錄是在4億多年前的奧陶紀(jì)地層，現(xiàn)在張志飛、張志亮等人發(fā)現(xiàn)了它們起源于5億多年前的可靠證據(jù)，把它們的起源提前了至少5千萬年”。研究還發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)對稱動物的模塊化生長和群落分布比想象的要早得多，提出現(xiàn)代苔蘚蟲可能起源于群居的祖先類型。

根據(jù)最新的三葉蟲與腕足動物組合特征，研究認(rèn)為陜南鎮(zhèn)巴地區(qū)的西蒿坪段屬于寒武系第三階下部，相當(dāng)于滇東地區(qū)的筇竹寺階黑林鋪組玉案山段底部，屬于擬小阿貝德蟲三葉蟲帶。相比之下，我國著名的澄江動物群主要產(chǎn)于我國滇東地區(qū)的玉案山段中上部，屬于始萊德利基蟲-武定蟲（Eoredlichia-Wutingaspis）三葉蟲帶，因此地球發(fā)現(xiàn)的最早苔蘚動物化石出現(xiàn)明顯比澄江動物群早。

澄江動物群產(chǎn)出層位Eoredlichia-Wutingaspis三葉蟲化石帶，

以及苔蘚蟲產(chǎn)出層位Parabadiella三葉蟲化石帶

苔蘚動物個體微小，多呈管狀或囊狀，身體外部有表皮細(xì)胞分泌的鈣質(zhì)或幾丁質(zhì)蟲室，屬于典型的包殼造礁動物，通常生活在其它殼體動物或者硬底質(zhì)海洋表面。該化石在陜南泥質(zhì)灰?guī)r中的發(fā)現(xiàn)，表明了寒武紀(jì)苔蘚動物與后期屬種相似，適宜在清澈的硬底質(zhì)環(huán)境中生活。這揭示了泥頁巖化石庫中缺乏苔蘚動物化石的原因。該類化石的研究對理解地球宜居性演變以及底棲（草根）動物如何改造地球、適應(yīng)地球的過程有重要意義。

最早苔蘚動物復(fù)原圖

“在5.3億年前地層中發(fā)現(xiàn)苔蘚動物門的源頭，這件事再次完美地支持了‘三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)’假說的正確性，或者說它進(jìn)一步證實了這個假說具有可靠的科學(xué)預(yù)言性�！笔娴赂烧f。三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說是西北大學(xué)早期生命團(tuán)隊2008和2009年提出的，大膽預(yù)言了地球上動物界的所有門類起源成型的具體時間、過程和規(guī)律。

比芝麻還小的化石，發(fā)現(xiàn)真不易！

舒德干說：“多個動物門類的源頭探索，其中比較容易發(fā)現(xiàn)的門類，過去都陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)了，剩下的都是一些很難啃的‘硬骨頭’。苔蘚動物門在海洋中是一個重要門類，很難被發(fā)現(xiàn)，因為它們只有毫米級大小�！�

2015年，張志飛帶領(lǐng)學(xué)生張志亮、陳飛揚等赴湖北宜昌、四川南江、陜西鎮(zhèn)巴等地，采集了大量生物碎屑灰?guī)r�；氐轿鞅贝髮W(xué)后，張志亮開始了漫長的酸蝕實驗：巖樣破碎、醋酸溶解、分門別類……長達(dá)三年多的時間，他處理了約三萬二千枚化石。

陜南鎮(zhèn)巴小洋壩剖面

在此過程中，有一枚比芝麻還小一倍的奇特化石，讓他印象深刻�！拔抑两穸加浀贸醮伟阉�放到顯微鏡下的瞬間，‘美妙驚奇，嘆為觀止’所有美好的詞匯都不及眼下小小的世界。”張志亮回憶道。

“總覺得這枚化石形態(tài)結(jié)構(gòu)奇特，但它到底是什么？”疑問始終困擾著張志亮。2017年赴瑞典交流學(xué)習(xí)期間，他用掃描電子顯微鏡為它拍了許多照片。訪問瑞典自然歷史博物館期間，館長Christian B. Skovsted認(rèn)為這枚化石可能意義非凡，但只有一枚標(biāo)本，開展研究的阻力較大，讓他再繼續(xù)尋找。

張志亮與導(dǎo)師張志飛在陜南小洋壩剖面采樣

也許念念不忘，也許是天意使然，苔蘚動物與張志亮要在5億多年的時光流轉(zhuǎn)中相遇相識。2017年，Glenn A. Brock訪問課題組，張志亮習(xí)慣性地拿出了這枚化石照片。Glenn看后，驚呼 “天哪！1993年我曾在澳大利亞見過類似的標(biāo)本！”這一刻，張志亮的眼睛亮了�！�5億多年前，澳大利亞板塊與中國華南板塊臨近，相似的化石在兩個板塊上的同時出現(xiàn)，證明我們曾經(jīng)的偶然發(fā)現(xiàn)并非巧合！”

與Glenn A. Brock在澳大利亞弗林德斯山脈地區(qū)野外考察

赴澳大利亞麥考瑞大學(xué)工作期間，張志亮見到了1993年的模式標(biāo)本。當(dāng)打開顯微鏡，看到形態(tài)、結(jié)構(gòu)、模塊構(gòu)建一致的它們，讓他更加堅信，在世界的某塊巖石中一定還存在著它們的“兄弟姐妹”。基于地質(zhì)知識的積累，他初步判斷在澳大利亞弗林德斯山脈模式標(biāo)本產(chǎn)地附近應(yīng)該會有相似的化石。

澳大利亞野外采集寒武紀(jì)化石

經(jīng)過漫長的采樣、補樣，張志亮終于找到了另外4枚形態(tài)結(jié)構(gòu)相似的化石。跟張志飛老師和合作的專家討論后，初步確認(rèn)標(biāo)本實為苔蘚動物化石，印證了他們前期的猜想。這讓張志亮激動不已，“與其說是我發(fā)現(xiàn)了它，不如說是化石發(fā)現(xiàn)了我”。

6年的執(zhí)著，換來14天通過Nature初審

苔蘚動物與腕足動物、帚蟲動物一起被稱為觸手冠動物，共同具有馬蹄形的觸手冠取食結(jié)構(gòu)。苔蘚蟲室多呈管狀或囊狀，個體連片群居，呈現(xiàn)樹枝狀，外形很像苔蘚植物。苔蘚蟲消化道呈現(xiàn)U型，肛門位于觸手冠之外，故名外肛動物。

陜南鎮(zhèn)巴燈影組西蒿坪段賦含的三葉蟲擬小阿貝德蟲和舌形貝腕足動物始圓貨貝（Parabadiella-Eoobolus）及其寒武紀(jì)全球古地理分布

張志亮在華南找到的1枚化石雖然與澳大利亞的標(biāo)本相似，但都沒有完好保存口部結(jié)構(gòu)。和導(dǎo)師張志飛深入探討后，他們共同認(rèn)為還是需要繼續(xù)尋找和等待，等待完備的證據(jù)發(fā)現(xiàn)才能邏輯嚴(yán)密，這是師徒共同堅守的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

終于，功夫不負(fù)有心人。2019年，他們?nèi)缭冈诎拇罄麃喐チ值滤股矫}附近找到了非常關(guān)鍵的一枚化石。興奮之余又冷靜下來，將國內(nèi)外苔蘚動物專家請教遍了，最終決定把文章目標(biāo)聚焦Nature。

澳大利亞弗林德斯山脈寒武紀(jì)地層

支撐材料成稿過程中，各方向?qū)＜覒?yīng)邀加入了研究工作，共同完善掃描電鏡（SEM和BSEM)、X射線斷層掃描（-CT）、3D可視化、系統(tǒng)學(xué)數(shù)據(jù)分析等研究，將學(xué)科交叉融合的優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

化石掃描細(xì)節(jié)

經(jīng)過2年半的團(tuán)隊研究，發(fā)現(xiàn)這些化石呈現(xiàn)對稱網(wǎng)狀，背對背兩面覆有表皮細(xì)胞分泌幾丁質(zhì)蟲室。蟲室缺乏明顯的礦化，縱向5列或7列交替排列，顯示清楚的模塊化幾何特征，整體外形呈葉狀�；�石研究表明苔蘚動物蟲室整齊的幾何排列和復(fù)雜性的模塊化生長起源于5.3億年前，這是寒武紀(jì)大爆發(fā)重要的生態(tài)創(chuàng)新。

經(jīng)過52個特征，18個類群和2個外群的最大簡約法和貝葉斯分支系統(tǒng)學(xué)分析研究，表明化石苔蘚動物門房原始蜂巢蟲（Protomelission gatehousei）代表化石和現(xiàn)生苔蘚動物的基干類群，為最原始祖先類型。

貝葉斯分支系統(tǒng)學(xué)分析結(jié)果

文章改到第20版，往來郵件兩百多封后，張志飛師徒認(rèn)為，時機(jī)到了！2021年8月3日，他們向Nature投出文章及文件附件，兩周后便得到了官方初審?fù)ㄖ��?/p>

博士成果，是創(chuàng)新是底氣更是必然

2013年，88年的張志亮從中北大學(xué)物理系跨考進(jìn)入西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)，師從張志飛教授。自此開啟了他與石頭打交道的日常。

在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，他開始從事石灰石中殼體化石的研究�！按姿崛芙夂螅�經(jīng)過幾個月的周期，微型化石得以大量顯現(xiàn)，每一次都是令人激動的‘拆盲盒’”。興趣使然，張志亮選擇直博，因緣際會成為張志飛的第一位博士研究生�！盎�礎(chǔ)差、底子薄、起步晚”是張志亮對自己的評價，但張志飛老師說，只要有興趣、愿意干，才是最重要的。

湖北宜昌地區(qū)野外：張志飛（中）、陳飛揚、張志亮（右）合影

博士期間，張志亮幾次申請國家留學(xué)基金委獎學(xué)金未果。依托“一流學(xué)科”的堅實后盾，2015年及2017年在導(dǎo)師張志飛杰青項目資助下先后兩次赴瑞典烏普薩拉大學(xué)交流學(xué)習(xí)近15個月，考察了英國、愛沙尼亞和瑞典等多個國家的相關(guān)地層。

這段時間張志亮在考察地層、踏勘調(diào)研、材料分析、手稿撰寫等方面都有了“飛躍”性的提高�！凹词惯h(yuǎn)隔萬里，張志飛老師依舊緊密監(jiān)督我，時刻關(guān)注我的學(xué)習(xí)狀況，一步步教會我如何從材料中提取有效信息，撰寫文章。”

課余，他抓住機(jī)會與國外學(xué)術(shù)大咖交流，“利用喝咖啡的時間擴(kuò)充知識”。假期，他就去野外踏勘，收集材料。正是有了這段經(jīng)歷，張志亮養(yǎng)成了全局思考問題的習(xí)慣。

國際寒武紀(jì)大會報告

他在烏普薩拉大學(xué)現(xiàn)代化石生物學(xué)實驗室學(xué)習(xí)期間，利用先進(jìn)設(shè)備，將手中的材料進(jìn)行分析，制樣、掃描成像、歸檔整理。2017年，張志亮新發(fā)表了3篇SCI，在寒武紀(jì)腕足動物個體發(fā)育和異速生長方面取得了重要進(jìn)展和原始突破，提出了乳孔貝腕足動物的發(fā)育模型。

張志亮與國外導(dǎo)師Lars Holmer 在烏普薩拉大學(xué)

“事業(yè)后繼有人”是張志飛老師最驕傲的事情“能力、人格和擔(dān)當(dāng)是我培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，研究過程中，給方向、給平臺、給支持、給信任是我的義務(wù)與責(zé)任。所以我資助他全額出國，他很有興趣，很投入，也很細(xì)心�！�2018年，張志亮獲西北大學(xué)博士學(xué)位，同年經(jīng)過選拔獲得澳大利亞4年期的麥考瑞大學(xué)研究資助（Macquarie University Research Fellowship）。其學(xué)位論文先后入選西北大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文和2020年度陜西省優(yōu)秀博士學(xué)位論文。

談及師生間的默契關(guān)系，張志飛說：“老師把握好方向、說清楚意義，及時跟蹤指出進(jìn)展問題，接下來就是要充分相信學(xué)生的創(chuàng)造力！”

博士期間的學(xué)習(xí)經(jīng)歷為張志亮積蓄了寶藏般的學(xué)術(shù)實力，除了掌握多維度的數(shù)據(jù)資源，更多是在張志飛老師堅持“以我為主、國際合作、聯(lián)合培養(yǎng)”橋梁似的紐帶下，連通的國際化思維與視野。

張志飛老師領(lǐng)導(dǎo)的國際合作野外考察

“只要學(xué)生努力認(rèn)真，我們有實力、有能力、有信心，把你培養(yǎng)成為地質(zhì)學(xué)拔尖人才”張志飛說，這也是地質(zhì)學(xué)系專業(yè)教師們的共同信仰。從院士到零基礎(chǔ)的學(xué)生，西大地質(zhì)人時刻都在用心、用情、用實力打造“學(xué)在地質(zhì)”的精品育人品牌。

圖文來源于西北大學(xué)官微