——记西北大学地质学系张志飞教授课题组最新成果

近日,西北大学地质学系张志飞教授课题组在陕西汉中地区寒武纪早期地层仙女洞组发现了一批同时保存了矿化骨骼和原位动物软组织的微型苔藓动物化石,证实苔藓动物门起源于寒武纪早期,将苔藓动物骨骼起源向前推进至少5000万年,一举终结了国际学界延续百年的科学争议。消息一出,困扰古生物学家一个多世纪的“达尔文困惑”中那块缺失的拼图,终于被中国科学家牢牢嵌入寒武纪的生命全景图之中。

作为西北大学早期生命研究团队核心骨干,张志飞教授深耕寒武纪古生物研究二十余载,始终以破解远古生命演化谜题为初心,专注寒武纪大爆发与腕足动物的起源、谱系演化和生态学系统研究。多年来,他立足基础地质研究,深耕不辍、守正创新,先后论证出地球已知最早的腕足动物、苔藓动物、软体动物和环节动物早期代表,层层拨开寒武纪生命演化的神秘面纱,为全球古生物演化研究筑牢了坚实的化石实证根基,为揭开寒武纪生物起源之谜做出了重要学术贡献。

发现远古化石 破解百年演化谜题

在地球生命演化的长河中,寒武纪大爆发是最为璀璨也最具谜团的生命奇迹。5亿多年前,地球海洋在短短数千万年间突然涌现出绝大多数现生动物门类,构建起地球生命演化的核心框架。百余年来,古生物学家不断探索、持续发掘,逐步补齐了寒武纪生命演化的化石拼图,唯独苔藓动物门始终处于缺席状态,成为困扰学界的百年难题,也让寒武纪大爆发的完整图景始终存在关键缺口。

苔藓动物是一类营固着群体生活的水生无脊椎动物,与腕足动物、帚虫动物同属触手冠动物。它们个体微小,通过分泌钙质、胶质或几丁质骨骼构筑模块化的虫室群落,是现代海洋数量非常丰富的底栖生物门类之一,也是奥陶纪以来重要的造礁生物,对海洋生态系统构建和地貌演化有着不可替代的作用。长期以来,化石证据显示苔藓动物在4.8亿年前的奥陶纪早期骤然繁盛,但分子钟测算却佐证其起源可追溯至寒武纪早期甚至埃迪卡拉纪末期,理论推演与化石实证的巨大偏离,让苔藓动物的起源之谜成为古生物学界的一大争议焦点。

深耕基础古生物研究多年的张志飞敏锐捕捉到这一学术痛点,他带领团队锚定苔藓动物起源研究方向,开启了漫长且艰辛的探索之路。基础研究从来没有捷径,唯有坚守与创新。为寻觅关键化石证据,张志飞团队坚持十多年连续野外踏勘,踏遍华南地区近二十处寒武纪早期地层剖面,在海量的岩层样品中搜寻毫米级、微米级的微型化石。这类化石个体微小、形态混杂,极易与其他小壳化石混淆,甄别难度极大,且只有特殊的成岩环境才能留存软组织与骨骼精细结构,可遇而不可求。团队常年处理成吨岩石样品,通过酸蚀处理、显微筛选、精细甄别,在无数碎片中筛选珍贵化石标本,以极致的坚守深耕基础研究。

2021年,张志飞教授指导的博士研究生张志亮在国际顶尖杂志Nature首次报道了在陕南镇巴及南澳大利亚寒武纪地层发现的原始蜂巢虫化石,率先将苔藓动物起源推进至寒武纪早期,打破了苔藓动物是奥陶纪大辐射的传统学术认知。该研究得到了国际相关专家的大力支持,但因早期研究条件和标本缺乏完整的矿化骨骼结构,这一成果遭到部分国内学者的质疑。面对学术争议与外界压力,张志飞带领团队始终秉持求真务实的科研初心,不盲从权威、不畏惧争议,坚信扎实的化石证据是破解谜题的唯一答案,开启了新一轮的攻坚研究,持续多年对华南多个寒武纪早期剖面展开系统野外工作。

历经数年深耕创新,张志飞团队在陕西汉中寒武纪早期仙女洞组礁灰岩中取得颠覆性突破,发现了一批保存极致精美的苔藓动物化石。这批化石珍贵在何处?它们独一无二地同时保存了模块化矿化骨骼与原位软组织,不仅清晰呈现虫室、隔板、柱突等典型骨骼结构,还完整保存了囊膜、环形肌肉纤维等珍稀软组织结构,为物种鉴定提供了无可辩驳的实证。为精准解析化石特征,团队创新研究方法,结合X射线断层扫描、聚焦离子束透射电镜、扫描电镜能谱分析等高精度技术,构建包含50个形态特征、覆盖18个苔藓动物属的系统发育矩阵,完成精准的谱系演化分析。

研究最终证实,这批化石分属两类全新的寒武纪苔藓动物,隶属于狭唇纲冠群,证明寒武纪早期不仅存在苔藓动物,且已经出现群落结构分化。这一系统演化位置与分子钟推演的分化时间高度契合,从形态学和基因组推演的两个维度相互印证,印证了苔藓动物早期第一次骨骼矿化事件,厘清了该门类矿化演化的阶段性特征。这一发现将带矿化骨骼的苔藓动物化石记录向前推进至少5000万年,彻底终结百年学术争议,补齐了寒武纪大爆发最后一块门类级拼图,让寒武纪生命演化全景图趋于完整。该发现堪比西北大学早生命团队早期脊椎动物昆明鱼类化石的发现,成果进一步佐证了寒武纪大爆发的突发性与瞬时性,完善了历时四千万年的寒武纪动物树构建过程,完美衔接地球三大动物亚界的演化证据链,为舒德干院士“三幕式寒武纪大爆发”假说提供了全新核心支撑,获得《自然》(Nature)资深编辑亨利・吉的高度认可,认为该研究让寒武纪苔藓动物起源问题尘埃落定。

五亿年岩层藏生命密码,数十载坚守探演化本源。此次苔藓动物起源的重大发现,不仅刷新了人类对寒武纪生命演化的认知,更彰显了中国基础研究的硬核实力,再一次让世界为我国的科研实力而瞩目。

躬耕育人初心 薪火传承科研担当

深耕科研一线,张志飞是勇攀高峰的创新研究者;立足三尺讲台,他更是潜心育人、甘为人梯的引路人。多年来,他始终坚持科研与育人并行,秉持因材施教、深耕细育的育人理念,悉心扶持青年学子成长,为古生物研究领域培育了一批敢创新、能吃苦、肯坚守的青年科研人才,用言传身教传承科研初心与学术风骨。

张志飞已培养毕业硕博研究生14名,均活跃于科研与生产一线,就业单位涵盖中国科学院南京地质与古生物研究所、中国石油大学(北京)、中国矿业大学(徐州)、西北大学及长庆油田等。指导的博士生毕业生中多人次获得国家基金委海外优青、中科院百人计划A类、陕西优博、博新计划等称号。张志飞本人的教学成果同样卓著,曾获国家级教学成果二等奖、国家级一流本科课程,并三次获得陕西省教学成果特等奖。在目前指导的硕博研究生7人中,本次成果第一作者宋宝鹏便是导师张志飞悉心培养、因材施教的青年学子典范。张教授察觉其对微观研究的兴趣后,主动调整其方向至苔藓动物演化。面对科研瓶颈与外界质疑,张志飞不仅耐心引导、悉心赋能,更送其赴瑞典深造、重铸基础。在导师的鼓励和指引下,宋宝鹏坚守实证、刻苦攻坚,最终师徒携手海内外专家攻克百年难题,完成了从新人到成熟科研人的蜕变。

在日常育人中,张志飞始终传递着纯粹的科研信念。他常告诉学生,基础研究没有捷径,唯有持之以恒、求真务实,才能在漫长的探索中收获突破。他以身作则,用数十年深耕基础学科、直面学术争议、坚守科研真理的经历,教会学生何为科研坚守、何为学术担当。在他的培育下,一批青年学子扎根古生物研究领域,甘于寂寞、潜心钻研,接续传承西北大学早期生命研究团队的科研薪火。

当下流量时代,短视频、网红娱乐盛行,不少青少年追逐浮华流量、追捧娱乐明星,沉迷速成式的浮躁氛围,渐渐忽视了深耕实干的价值。流量可以带来短暂的热度与喧嚣,但唯有扎根基础、潜心钻研的科研力量,才能撑起国家科技进步与长远发展。张志飞数十年如一日深耕古生物基础研究,坚守基础前沿领域、不惧争议挑战、潜心探索真理,这份纯粹的科研初心、坚韧的治学品格,正是当下青年最需要学习的精神内核。

古生物基础研究看似远离大众生活,却承载着地球演化的时间标尺,探索地球资源能源富集规律,解译生命起源、解读自然演化规律的重大使命,是地球科学发展、生命科学进步的基石。张志飞始终坚守基础研究阵地,不追名利、不逐浮华,以创新破解科学难题,以坚守诠释科研担当,在无数个在野外风餐露宿的日子,在无数个在实验室通宵达旦的夜晚,用一项项世界级成果彰显中国科研工作者的初心与使命。他的科研历程,生动诠释了新时代科学家精神:求真务实、守正创新、持之以恒、奖掖后学。

寒武纪的岩层沉默无言,却记录着生命诞生的壮阔史诗;科研者的坚守朴素无声,却托举起国家基础科学的未来。未来,张志飞将继续带领团队深耕寒武纪生命演化领域,持续科研创新,解锁更多地球生命的远古密码,传承科研火种,培育青年力量。愿更多青年能追随这份纯粹的科学初心,放下浮躁喧嚣,奔赴山河岩层之间,创造更多科研奇迹,在掀起属于自己的波澜。(文/王超)

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