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2023-01-31
一天連發(fā)4篇Nature！這個中國團隊也曾遭遇3輪斃稿
更新時間：2022-09-30 16:05:24作者：智慧百科
新智元報道
作者：《中國科學(xué)報》記者 胡珉琦
編輯：桃子
【新智元導(dǎo)讀】中國團隊Nature「一鍵四連」，驚嘆整個古生物學(xué)界。
9月28日晚11點，《自然》雜志在線發(fā)表了同一團隊的4篇論文，29日早上又以封面文章形式同期發(fā)表。它們皆出自中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）研究員朱敏帶領(lǐng)的團隊。
國際古脊椎動物學(xué)會前主席、澳大利亞弗林德斯大學(xué)教授John Long撰文稱：它們改寫了有頜脊椎動物早期演化歷史的幾乎所有方面。
朱敏對這些說法有些惶恐。他更喜歡同行羨慕地對他說：「你們重建了志留紀(jì)早期的一個『水族館』。」
「水族館」里有什么？當(dāng)研究團隊在第一篇論文中試圖回答這個問題時，曾接連遭遇了《自然》《科學(xué)》審稿人的三輪斃稿。
非凡的結(jié)論，要有非凡的證據(jù)。朱敏團隊為了尋找演化的證據(jù)究竟付出了什么？
朱敏介紹研究成果 肖瀟攝
Nature封面為最新發(fā)現(xiàn)的5種志留紀(jì)古魚新屬種的三維藝術(shù)復(fù)原，從上到下分別為蠕紋沈氏棘魚、新塑梵凈山魚、雙列黔齒魚、靈動土家魚和奇跡秀山魚。擬石科技制作
尋找「幽靈支系」
過去十余年，朱敏一直在跟一群「幽靈」一樣的化石死磕。
奧陶紀(jì)末（約4.44億年前），地球歷史上發(fā)生了第一次大規(guī)模生物集群滅絕事件，85%的物種都消失了?？伤鼌s為魚類進化過程中的一場大革命搭好了舞臺，那就是有頜類的崛起。
現(xiàn)今地球上有99.8%的脊椎動物都是有頜類，沒有頜，就沒有喋喋不休的人類?？梢姡M的出現(xiàn)是生命演化史上一次重要的飛躍。
「有頜類之所以能一統(tǒng)天下，是因為它不僅提高了脊椎動物主動攝食的能力，還促進了呼吸和運動能力，使體型能迅速增大。這樣，它就能夠占領(lǐng)更為廣闊的生態(tài)位，直至登上陸地，甚至飛上藍(lán)天?！构偶棺邓毖芯繂T朱幼安說，脊椎動物整個演化潛力都因此得到了極大的提高。
朱幼安 盧靜攝
那么，如此重要的演化事件是怎么發(fā)生的？
分子生物學(xué)家早就通過對現(xiàn)生的有頜脊椎動物進行分子鐘研究，推算出它們的共同祖先誕生于志留紀(jì)之前的奧陶紀(jì)晚期（約4.5億年前），因此，最原始的有頜類不會晚于這個時間。但全世界的古生物學(xué)家找遍了志留紀(jì)地層，發(fā)現(xiàn)原始有頜類化石非常少，在志留紀(jì)早期，有頜類甚至可說是無影無蹤。
明知它們存在，卻怎么也找不到，志留紀(jì)早期的有頜類就這樣成為了古生物學(xué)領(lǐng)域的「幽靈支系」。找到它們，就是各國古生物學(xué)家們苦苦尋求的「圣杯」。
于是，朱敏帶領(lǐng)團隊踏遍了中國志留紀(jì)地層可能含魚化石的兩百多個地點。直到2019年，他們終于在貴州、湖南、重慶等地相繼發(fā)現(xiàn)了貴州石阡化石庫和重慶特異埋藏化石庫（距今約4.39億至4.36億年），志留紀(jì)早期有頜魚類的「搖籃」和「史前水族館」得以重見天日。
那里有最古老的有頜類牙齒——黔齒魚的齒旋，它們把有頜類牙齒的最早化石證據(jù)向前推進了1400萬年；名為「奇跡秀山魚」的盾皮魚類，它的多種骨骼特征，為有頜脊椎動物頭骨的演化提供了直接證據(jù)；名為「蠕紋沈氏棘魚」的軟骨魚，顯示了鯊魚「披盔戴甲」的祖先；名為「新塑梵凈山魚」的棘刺鯊魚，解決了志留紀(jì)早期魚類鱗片和棘刺化石的分類爭議；還有同時期的一種盔甲魚，它雖是無頜類，但研究人員第一次在魚類身上發(fā)現(xiàn)了成對的連續(xù)鰭褶，代表了偶鰭或人類四肢的雛形……
古脊椎所研究員蓋志琨認(rèn)為，「這些化石的發(fā)現(xiàn)和研究，為解決許多懸而未決的爭議問題，為重建有頜脊椎動物的早期演化歷史，提供了非常重要的證據(jù)」。
蓋志琨 黃霞攝
「僵持不前」是一種常態(tài)
要「復(fù)原」一個志留紀(jì)早期的「水族館」，研究團隊到底采集了多少化石，準(zhǔn)確說是包裹著化石的巖石？
它的單位是以噸計的。僅2019年一年，團隊在貴州石阡坉坪剖面就挖出了好幾卡車的巖石，重達(dá)4噸，運到了曲靖師范學(xué)院自然歷史文化中心的實驗室。
化石挖掘現(xiàn)場 古脊椎所供圖
接來的一年半時間里，三名全職科研助理再加兩名機動隊員，在一間30平米的酸處理實驗室，不間斷地展開工作。
他們先要把4噸巖石分批泡進密密麻麻排列著的醋水池里，幾天后，用清水沖洗，再降低濃度進行二次浸泡，直到巖石里的膠結(jié)物被徹底腐蝕掉，剩下一堆砂子。
這樣反復(fù)篩洗，最終得到了300公斤可能夾雜著化石的砂樣。
如果說，這個流程只是一項并不費腦的重復(fù)勞動，那么接下來的環(huán)節(jié)，絕對是一個「良心活兒」。
因為研究人員要把這些砂樣分成一小撮一小撮，逐一放到顯微鏡下，去尋找微體化石的蛛絲馬跡。他們最終找到的23顆黔齒魚齒旋，平均長度只有2.5毫米，稍不留意，就會錯過。
這場「沙里淘金」的歷練中，人的耐心和信念感，很容易隨著被篩的砂樣一并帶走。
在無數(shù)個一無所獲的夜里，年輕的科研工作者恨不得從疲憊的大腦中，拎出之前對古生物學(xué)的所有浪漫想象，一頓「拳打腳踢」。
「所以，做這份工作一定要有強烈的好奇心。你就想知道砂子里有什么？它們到底有多重要？你才不會輕易放過它們?！怪煊装舱f道。
這樣的情緒折磨，朱敏體驗過太多次了。
從2008年開始，他就帶著團隊對中國志留紀(jì)自下而上發(fā)育出的三套淺海紅層進行了地毯式搜索，分別是下紅層、上紅層和羅德洛統(tǒng)紅層。這些地層遍布安徽、浙江、江蘇、湖北、湖南、貴州、重慶、四川、新疆等地。
老一輩古生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家從上世紀(jì)60年代起，就在這些地層中挖出過有頜類的微體化石，比如棘刺、鱗片。其中也包括貴州石阡和重慶秀山?？杉词褂辛诉@些明確的線索，尋找化石的過程依然同大海撈針一樣艱難。
整整十年，研究團隊發(fā)現(xiàn)的化石雖然從多樣性上有所增加，但無論是化石的年代還是完整性，都沒有質(zhì)的突破。
「越往后，能分析出一些化石的層位里，巖石樣本也越來越少，真的很困擾我們。」朱敏坦承，「僵持不前」才是古生物學(xué)家野外工作的常態(tài)。
2019年春節(jié)一過，朱敏又一次帶著團隊跑到廣西野外。他仍不死心，決定再繞回貴州石阡。
「結(jié)果剛到了原來的老剖面，我一下就看到旁邊新開了一條公路，它就這么直直地橫穿了一套志留紀(jì)的地層?！共还芑貞浂嗌俦?，朱敏的眼里都閃著光。
這條公路，仿佛是一條時光隧道，終于撕開了遮蓋志留紀(jì)早期有頜類演化歷史的屏障。
朱敏派古脊椎所研究員趙文金帶隊，用了小半年時間，在這個新發(fā)現(xiàn)的坉坪坡面逐層采樣，直到他們找到了過去從未發(fā)現(xiàn)過的化石富集層。
重慶特異埋藏動物群的發(fā)現(xiàn)有著相似的故事。
從2019年9月到2020年10月，朱敏團隊?wèi){借地圖軟件上發(fā)現(xiàn)的一條新路，摸到了一個重要的化石線索，于是一鼓作氣，連續(xù)三次在秀山川河蓋地區(qū)開展了大規(guī)模挖掘工作，才揭開了這個嶄新化石群的樣貌。
尋找化石其實并沒有「運氣」一說，有的只是在正確的科學(xué)目標(biāo)和前人給出的地質(zhì)線索中，堅持長期主義。
來自審稿人的強力「狙擊」
發(fā)現(xiàn)過程難，發(fā)表過程同樣不易。
2022年7月 ，朱敏團隊的第四篇論文距離第一輪投稿已經(jīng)過去快10個月了。
朱幼安終于收到了來自審稿人的第四輪意見信，上面只有一行字：The revision is completed。
他的神經(jīng)幾乎緊繃到了最后一刻，這是有緣由的。
研究團隊在這篇論文里詳細(xì)描述了迄今所知最早的保存完好的軟骨魚——沈氏棘魚，從而確證了困擾古生物學(xué)界很多年的鯊魚祖先問題。同時，分析了奇跡秀山魚的多種特征，為現(xiàn)生有頜脊椎動物的頭骨演化提供了重要資料。
「我們想象中，接下來的劇本應(yīng)該是這樣的：我們發(fā)現(xiàn)分析了這么重要的化石標(biāo)本，編輯應(yīng)該對此『五體投地』，審稿人對此「佩服之至」，最后催促我們趕緊發(fā)表?！怪煊装策呅呑猿啊?/p>
可在現(xiàn)實中，這篇論文從一開始就遭到了審稿人的強力「狙擊」。
「論文正文只有4000字，但第一輪審稿意見我們就寫了8000字的回復(fù)，第二輪4000字，第三輪稍有不慎，只寫了2000字，于是，直接被推入第四輪。」朱幼安告訴《中國科學(xué)報》。
「其實所有的審稿意見幾乎都圍繞在比較解剖學(xué)中一些很細(xì)小的問題?！顾忉屨f，比如秀山魚頭頂有一個從沒在其他盾皮魚里見過的關(guān)節(jié)，它與文章解釋的頭與頸部運動以及頭骨演化有關(guān)，但審稿人說什么都看不清這一結(jié)構(gòu)。
好在，研究團隊有備而來。
早在研究過程中，課題組就引入了一種全新的拍照技術(shù)——全光位拍攝。這種技術(shù)原本是法醫(yī)用來做筆跡鑒定的。計算機軟件會合成一個可以隨意運動的虛擬光源，從40多個不同角度對物體表面打光、拍攝，并生成物體表面細(xì)微紋理的三維模型。
「用在古生物成像領(lǐng)域，它可以全方位地呈現(xiàn)一個化石細(xì)微部位的三維結(jié)構(gòu)，避免人為打光的主觀成分，避免給出一個作者內(nèi)心想要呈現(xiàn)的化石樣貌。」
于是，朱幼安又花了一個月時間，重新拍攝整理了這組全光位照片，打包發(fā)給了審稿人，這個問題才算過關(guān)。
最讓研究團隊意想不到的是，審稿人罕見地?fù)钙鹆宋恼碌挠H緣關(guān)系分析。通常，審稿人不會詳細(xì)檢查親緣關(guān)系分析所用的矩陣中的上萬個編碼，而且對大的矩陣進行分析需要使用超算平臺進行大規(guī)模的運算。
在這篇論文里，向來重視數(shù)學(xué)分析的朱敏要求團隊對300多個屬種、近700個特征的矩陣進行貝葉斯分析，從而確保據(jù)此提出的親緣關(guān)系理論和系統(tǒng)發(fā)育框架是可信的。
「一旦有審稿人對此提出任何質(zhì)疑，一次大規(guī)模的分析就要在服務(wù)器上最少跑上10天。這也意味著，在此期間，研究所其他課題組的超算工作必須全部讓位?！贡M管如此，朱幼安還是做到了有問必應(yīng)。
事實上，這并不是這組稿件中唯一一篇歷經(jīng)「磨難」的論文。
朱敏團隊的第一篇文章就曾因為一些細(xì)枝末節(jié)的爭議問題，接連遭遇《自然》《科學(xué)》審稿人的三輪斃稿。由于同一主題其他文章的出現(xiàn)，編輯部意識到這一系列化石研究的重要價值，才把這篇論文又重新「撈」了回來。
「審稿人的研究風(fēng)格、審美喜好是不可預(yù)料的，你總會遇到一些喜歡嚴(yán)厲‘鞭打’你的人。但結(jié)果取決于我們是否足夠細(xì)致，我們給出的證據(jù)是否能經(jīng)受住任何考驗。如果我們能認(rèn)認(rèn)真真回答審稿人給出的哪怕是很苛刻的問題，那么文章發(fā)表以后的幾十年，甚至上百年，我們的結(jié)論都是立得住的，是可靠的?！?/p>
朱敏總是這樣勸慰自己的學(xué)生，「幾億年前的化石都找到了，這點審稿時間更要沉得住氣」。
相關(guān)論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05166-2
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05136-8
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04897-6
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05233-8