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生命进化的秘密

2020年04月16日 03:05

新浪网 作者 北京日报

    亿年前甲虫新物种——陈睿刺足大花蚤。

    世界首枚真虾琥珀。本报记者 和冠欣摄

    史前甲虫新物种——陈睿纹雕花萤。

    中关村图书大厦四层,有一家石探记博物科学馆。近三十平方米的空间里,上百件远古生物化石,讲述着绵延五亿年的生命故事……

    展品的背后,是几十位科研人员不懈科考的艰辛。他们奔走于高原丛林,努力寻找着新物种、新生命,专心探求——

    “透明的琥珀里,两个小东西仍旧好好地躺着。我们可以看见它们身上的每一根毫毛。还可以想象它们当时在黏稠的松脂里怎样挣扎,因为它们的腿的四周显出好几圈黑色的圆环。从那块琥珀,我们可以推测发生在一万年前的故事的详细情形,并且可以知道,在远古时代,世界上早已有那样的苍蝇和蜘蛛了。”

    这是小学语文的一篇课文,名为《琥珀》。在读到这篇课文之前,陈睿就已对亿万年前的世界,充满了好奇。

    这份始自少年时期的好奇一直保存至今,指引着陈睿踏上青藏高原、深入亚马逊丛林,寻觅着远古世界的痕迹和现存世界的未知生命;这份好奇也帮助陈睿一次次打开时间之门,发现一个又一个新的物种,将远古与现世相连,把生命进化的故事,讲给更多人听。

    趴在地上看蚂蚁的少年

    达尔文,是陈睿的偶像。达尔文喜欢看蚂蚁搬家,这也是陈睿最喜欢的事情。

    6岁以前,家里人都担心陈睿的智力发育,因为他一直没有学会说话。没有小朋友愿意和他玩,陈睿倒也不觉得难过,因为蹲在地上看蚂蚁,就是他最快乐的游戏。

    上幼儿园的时候,老师教大家齐步走,只有陈睿一人学不会,总是“顺拐”。老师罚他一人在操场上练习。陈睿练了一会儿,就蹲下,瞪大眼睛盯着地面……“这些蚂蚁排成队是要赶去搬家吗?”“蛞蝓看起来好像没有壳的蜗牛,它们是亲戚吗”……奇妙的昆虫,远比齐步走有趣……

    小时候,陈睿觉得最幸福的事就是在菜园里和奶奶一起抓各种各样的虫子。每次抓到虫子,陈睿都会带回家饲养、观察。升入小学,他干脆在家里建起了“动物园”,昆虫、猫、狗、鸟、鱼、乌龟、蛇……什么都养。小学高年级时,他又在家里的阳台上建了实验室,做一些简单的解剖、反应实验……

    后来,“趴在地上看蚂蚁的少年”考入了中科院动物研究所,研究达尔文的进化论,执著寻找新物种。一个崭新的世界,次第展开——

    23岁,陈睿跟着导师去了西藏,那是他第一次科考。

    真正的科考,可不是“趴在地上看蚂蚁”那样的玩耍。

    “我们要深入到没有人烟的地方,收集各种生物样本,调查西藏地区生物多样性。半夜里,打着灯,根据昆虫的趋光性找虫子。身后是十几只凶狠的野狗,我们不得不拿着砖头防身……”陈睿回忆道。

    每采到一个标本,要做好标签,记录经纬度、采集地点,拍摄下周围环境,还要收集DNA样品,带回实验室做进一步研究。

    辛苦了一天,晚上投宿在牧民家里,满屋蚊子,陈睿打着手电筒找来牛粪马粪,点火熏蚊子,才能睡个安稳觉。他也住过牧民的辣椒房,满屋刺鼻的辣味,床上跳蚤钻进他厚厚的衣服里叮咬,床下老鼠偷吃辣椒发出“吱吱”的响声……

    那一次,科考队在青藏高原发现了上百种新物种昆虫个体,其中有甲虫、蜘蛛、蚜虫等。“青藏高原有着极其丰富的物种资源,特别是在高海拔地区,物种更是丰富,每一个山头就相当于一个‘岛屿’,每个‘岛屿’上的物种都是完全不一样的新物种。”陈睿越说越兴奋。

    这次科考发现,对研究高原生态系统的形成和发展,以及动植物物种在高原特殊环境中的形成、进化、演变及其独特性,具有重要的生物学意义。

    野外科考,往往危机四伏。

    在亚马逊丛林深处,陈睿和科考队员曾沿亚马逊河乘船十余个小时。当时风雨交加,河水涨得很高,船只几乎无法行驶。突然侧方100米处传来嚎叫声,陈睿扭头一看,几个赤身裸体的土著人手持箭弩,冲他们拍打着嘴巴,“这是警告的意思,让我们赶紧离开。”陈睿现在想起来,还有点儿后怕。

    在丛林里,陈睿穿着高帮雨靴,小心翼翼地走着。亚马逊雨林生活着世界上最凶猛的蚂蚁——子弹蚁,“和人的手指关节差不多大小,被它咬上后,犹如被子弹打中,疼痛难忍。”

    夜幕降临,观察夜行动物,陈睿的脚步很轻,因为黑暗中,可能就藏着美洲豹……

    每年,大约有三分之一的时间,陈睿都在科考的路上。他到过青藏高原海拔6000多米的雪山;穿越过雅鲁藏布江大峡谷;去过神农架的原始森林;南至西沙、北至漠河,遇到过地震、泥石流……身上大大小小的伤痕,记录着科考的艰辛。

    即便如此,陈睿依旧享受着这“荒野求生”般的生活。每每历尽艰辛,收获发现,陈睿都特别快乐,特别满足,就好像当年趴在地上看蚂蚁的时候。

    “时光胶囊”里的“缅甸晓蛇”

    一滴不经意落下的树脂,瞬间定格包裹的生物,像是“时光胶囊”,保护着这“远古的瞬间”躲过风雨雷电,地壳变化,经历数千万,甚至上亿年,直抵现今世界。

    从远古到现今,地球上的生命,延绵五亿余年。这样的“时光胶囊”有很多。

    陈睿除了去世界各地考察研究现生生物外,还要研究这些“时光胶囊”,解开远古来客的生命进化密码。

    中科院动物所,陈睿的办公室里,收藏着10万余块大大小小的琥珀。

    每次从矿区收集到琥珀原石,陈睿和同事们需要打磨掉琥珀表面浑浊的原皮,用砂纸抛光,再通过显微镜观察,确认琥珀中生物的类群,然后画图、描述特征。之后,还需要查阅大量相关文献资料,根据显微CT扫描出的三维形状,分析琥珀中生物的结构,最终确认生物的真正身份。

    “时光胶囊”,送来了一位又一位“新朋友”。

    2016年初,琥珀收藏家贾晓拿到一块黑乎乎、毫不起眼的琥珀原石。在磨开琥珀的部分表皮后,贾晓发现,琥珀中有一段动物包裹体和一些碳化的植物碎屑。一开始,她猜测这是只巨大的蜈蚣,但在放大镜下仔细观察后,她发现“蜈蚣腿”其实是在动物体内,这很可能是一只残破的小蜥蜴肋骨,只不过身体有些长。

    一次偶然的机会,贾晓看到了一幅眼镜蛇骨架的画作,她眼睛一亮,“这画里的蛇骨和那块琥珀里的动物骨骼实在太像了!”贾晓赶紧找出琥珀,重新观察。她发现,这只“蜥蜴”没有脚……

    兴奋的贾晓赶紧联系陈睿。果然,这是一个重大发现,这是全世界第一枚蛇类琥珀。“大多数蛇类骨骼的质地都不是很坚硬,能形成化石并保存下来非常不易。”陈睿说,蛇化石极为稀有,此前还从未在琥珀中发现过蛇类。

    为了确认“小蛇”的身份,陈睿联系到中国地质大学(北京)副教授邢立达。碰巧,邢立达手里有另一个蛇类皮肤标本,但没有骨骼,双方决定合作研究。

    重建骨骼三维结构、分析对比数据、确定蛇的种类……研究历时近两年半,2018年的夏天,陈睿他们终于确认了“琥珀蛇”的身份。

    “琥珀蛇”来自著名的琥珀产区——缅甸北部克钦邦胡冈谷地,此地的琥珀距今约0.99亿年。在显微CT中,化石中的“琥珀蛇”长4.75厘米,保存了头后骨骼,包括了约97枚椎骨、肋骨和部分皮肤。如果标本完整,“琥珀蛇”的长度大约为9.5厘米。

    “琥珀蛇”被定名为“缅甸晓蛇”:“缅甸”是其发现地点,“晓”字,则是向提供化石的贾晓致敬,同时也表达了“破晓”的喻义。

    “这条蛇是一条刚出壳没多久便被树脂‘冻龄’的新生蛇。在蛇类的进化树上,如果说现生蛇类是树冠上新长出的枝条,那么‘缅甸晓蛇’应该是位于树干位置的蛇类‘鼻祖’。”陈睿说。

    石探记里的“琥珀虾”

    2015年,陈睿和同事刘晔等人组建了一个以科学研究和科普教育为核心的团队,取名“石探记”,包括来自中国科学院、北京大学、南开大学、中国农业大学、北京林业大学等多所高校和科研院所的几十位科研人员。

    经过几年的坚持不懈,团队已打磨研究了10万枚以上的昆虫琥珀,拥有国内最大的虫珀研究库,收藏虫珀标本上万件。他们在中关村图书大厦四层建起了国内首家坐落在书店中的博物馆——石探记博物科学馆,馆内存放着从寒武纪化石到现生昆虫的上千件标本。

    一枚距今约2280万年的“琥珀虾”被单独放置在玻璃展柜中。灯光下,黄褐色的琥珀晶莹剔透。透过放大镜,一只小虾跃入眼帘,长长的“前臂”清晰可见。这是全世界首次发现的真虾类琥珀,也是世界上现存报道的惟一的纯水生生物琥珀化石。

    去年夏天,陈睿和团队收集了很多来自世界各地的琥珀原石。打磨的时候,他们发现了一枚“海洋之心”一样的琥珀,造型尤为好看。爱美之心,驱使他们精心打磨……抛光后,琥珀很剔透,但似乎没什么生物,大家好一阵失落。

    陈睿也有点沮丧,他拿起琥珀,随意地看着……突然,他紧紧盯着琥珀,然后又使劲地揉了揉眼睛,再次瞪大双眼,“虾,那好像是一只虾。”陈睿叫了起来,这可是从来没有过的发现,“那感觉就跟中彩票似的!”

    其实,陈睿比喻的不太恰当,因为这一发现比中彩票的概率低多了。

    琥珀,是远古时期的树脂滴落包裹住生物而形成的,虾是水生生物,它是如何“游进”树上的树脂里的?“据推算,这种概率为几亿分之一。”陈睿说。

    经过研究,陈睿他们确认,这枚琥珀来自墨西哥,琥珀中的小虾在早中新世时期分布在墨西哥的红树林河口,团队将之命名为“河口长臂虾”。

    陈睿推测,这应该是一个非常偶然的巧合。一种可能是,红树林里有溪流,恰巧把小虾冲到岸上去,松脂滴落,包裹住这只小虾。或者,当时小虾受到惊吓,一跃而起,正好一滴树脂滴落,将它“封存”。

    琥珀是大自然馈赠给人类的礼物,它带来了亿万年前的信息。

    这枚“琥珀虾”不仅是人类第一次以“3D形式”看到远古时期的虾,而且琥珀里不仅有虾,还有一片残叶和一只甲虫幼虫,刚好红树林河口又是一个淡水和海水交界的环境。“这只小虾,属于长臂虾类,一亿年前生活在海洋里,而现在这个类群生活在淡水里。这只虾呈现了从海水到淡水的过渡。这对研究很多生物从海水到淡水的演化提供重要证据。”陈睿说。

    探索精神的传承

    除了科研,陈睿还有一个身份——老师。

    有一次,在台湾考察。陈睿看见一只毛毛虫,就蹲下观察。一位男士走向他,身后跟着两个女孩儿。男士瞅瞅陈睿,又瞅瞅毛毛虫,嘴角带笑。他拍了拍陈睿的肩膀,“我两个女儿,特别喜欢毛毛虫,能不能和您一起观看?”陈睿很开心地答应了。

    陈睿很钦佩那位父亲。“很多家长可能会阻止孩子观察毛毛虫,会说毛毛虫可怕,有毒,这实际上在阻碍孩子和大自然接触。”陈睿说,“如果我们连身边的动植物都不知道,那还怎么去学习科学,认识世界?”

    这也是石探记团队成立的原因之一,陈睿希望和伙伴们一起,为孩子们搭建起通向大自然的桥梁。

    团队成立以来,石探记研发的科学课程已惠及上万名孩子,“从幼儿园大班到高中学生都有。”陈睿说,每一节科学课程,包含了动物学、昆虫学、生物地理学、生态学、统计学、化学、物理和英语多个学科。

    团队甚至会带孩子们走进亚马逊丛林、马达加斯加、马来西亚婆罗洲雨林,真正感受探索的魅力,学会坚持,养成科学思维。

    探索精神的传承,就在这一节节课程中呈现。

    15岁的宋丞峻,从初一开始,每周都会抽出半天时间,到石探记博物科学馆跟随科学家学习昆虫知识,打磨琥珀原石,他还参加野外科考。一次在打磨原石时,他在琥珀中发现一个鞘翅目昆虫,经过鉴定,这是一种生活在恐龙时代,非常原始的甲虫——齿胸波眼甲。此前,从未有人发现,这为现今眼甲科的分类提供了新的证据,也对人类理解甲虫的演化具有重要作用。

    陈睿今年33岁,他也玩抖音。账号里都是他在各地科考时的珍贵镜头,每一段视频,都讲述着一个有关生命的奇妙故事。

    疫情来袭,陈睿和团队重新整理了科考经历,通过抖音,为孩子们呈现着全新的“云科考”。

    “走进非洲失落的岛屿马达加斯加”,昆虫专家刘晔通过镜头,带着孩子们走进“无毒岛”,寻找被誉为“生命之树”的猴面包树……

    “动物学博士带你探寻亚马逊”,陈睿带着孩子们走进亚马逊丛林,观察“子弹蚁”……

    ……

    12段难忘的科考故事,为孩子们展现着大自然的奇妙,让他们足不出户也能“行万里路”。“云科考”大受欢迎,收获了近千万的播放量。

    除了“云科考”,陈睿和团队还在忙着编写科普书籍,他们期待能唤起更多孩子的探索之心,“因为,生命演化的长河中,有太多的惊喜,等待我们去发现。”陈睿说着,望向手边的琥珀,亿万年前的生命,清晰可见。

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