穿越前寒武紀

宋潔

“古生物其實并不像大家認識的那樣，只是一個時間的標簽。隨著研究的進展，我們越來越發現，古生物本身是對環境的一個很好的反饋。換句話說，我們可以通過古生物的面貌去反溯當時環境的變化。”華洪說。

追根究底，華洪所專注的事業，讓他更像是一個時空穿越者。透過古生物這一媒介，他穿梭在前寒武紀的洪荒里，探索著過去那個遙遠的未知世紀。或許深奧艱澀，或許挑戰迭生，他卻如入桃源，樂在其中。

探索曾經的滄海桑田

當時的隴東沒有這么多的黃土

稀疏的橡樹、樺樹隨風搖擺

茂盛的莎草、蒿草猶如綠色的地毯

薔薇花多彩、野菊花金黃

200萬年前的隴東大地

樹木蔥蘢，花草爛漫

——黃河象

2015年9月，西北大學博物館迎來了一批特殊的客人，他們是來自香港特別行政區的全國人大代表。走進古脊椎動物館后，他們發現這里陳列著大象標本，尤其令他們驚訝的是這些大象標本是從陜西關中地區以及周邊的甘肅等地發現的。明明生活在偏熱帶環境里的大象怎么可能出現在西北地區？

“如果是現在肯定不可能，但當時能出現大象，就意味著那時的氣候適宜它們生活。”華洪給這群客人解釋，那個時候，西北地區的溫度比現在要高得多，有很多的植被。而之所以能演變成現在的模樣，是地球環境在短短的一二百萬年中發生了翻天覆地的變化。

是的，在古生物學者的眼睛里，滄海桑田多過亙古不變。就像號稱古生物學和地質學上一大懸案的“寒武紀生命大爆發”——大約5億4千萬年前，也就是寒武紀開始的時候，突然出現了門類眾多的無脊椎動物。說“突然”，是因為在寒武紀之前更為古老的地層中長期找不到動物化石的跡象。“前寒武紀研究一直在不斷推出新的進展，這些進展的出現不斷充實和改變著人們以前的認識。寒武紀生命大爆發之前的研究涉及到很多重大的科學問題。”在華洪的認知中，寒武紀無脊椎動物的出現必然是經過長時間進化才產生的，這才符合達爾文生物進化論的原則，那么最大的問題來了，最早的生命到底是怎么出現的？“這個問題，現在已經成了一個哲學大命題。”

當然不止這一個問題。華洪繼續述說自己的心得，繼生命命題之后，第二大問題就是當時的原核生物是如何變成真核生物的。而第三大問題則是單細胞生物如何變成多細胞生物。

“在這個時期，組織的分化、器官的分化一步步發展起來，生物逐漸由單級生物變成多級生物。”他開始打比方，開始可能只有細菌，后來就出現了藻類，慢慢地，動物也誕生了。古生物學家們想知道，最早的動物是什么時候在什么地方出現的，是怎樣的環境條件推動了動物的形成。“在這條線索中同時還穿插著地球環境上的巨大改變。比如，氧氣的逐步增加，因為只有氧氣增加到一定程度，高等的生物才會有生活的條件。再比如，最早的動物是沒有骨骼支撐的，而只有有了骨骼支撐，動物才能更好的運動。”

相對于這一大背景，華洪主要的研究精力就放在動物出現以后，寒武紀生命大爆發之前——最早的帶殼（外骨骼）生物是什么時候出現的？當時的環境變化是怎樣的？什么樣的因素促使動物來分泌這樣的骨骼來自我保護？

一連串的問題，串起了地球歷史上一個特殊的階段——“前寒武紀”。而他的研究，說到底就是骨骼化起源及其環境背景。相對寒武紀研究來說，前寒武紀的研究者要面臨更多的空白領域，這也為他們的研究增加了難度。從選定這個方向起，華洪就意識到這一點，但無論過去還是現在，他都不覺得這有什么值得畏懼的。

選擇是偶然，也是必然

我們不知道化石深處的黎明

我們知道

化石深處有春寒中蘇醒的大地

有雁聲飛渡的晚秋

和原古生命對未來的呼喚

——化石深處的黎明

上世紀80年代，華洪考入西北大學地質系地質學專業。等到開設《地史學》課程時，華洪被老師講述的那個神秘世界所吸引，學習起來也格外認真。每次實習課之前，他都會仔細地做好預習，不止是看書，還要把將要實習的時代的典型柱狀圖預先畫好。他的“畫圖”極具風格，每個時代會出現什么化石，他都會把對應的素描圖標注進柱狀圖里去。這樣具象而美觀的作業一交上去，地史學老師就極為欣賞，每次都會當做范本在班上展示，告訴學生們，作業還可以這樣做。

《地史學》不僅是地質學，也是古生物學的核心課程。師長的鼓勵，在華洪心中種下一粒種子，何時萌芽，只待時機。華洪升入大學三年級時，恰逢國家305項目啟動不久，這個項目的主要目的就是針對新疆地區的礦產資源進行地質勘查，他們系也承擔了一個課題，目標是天山。懷著對大漠戈壁和新疆這片未知世界的渴望，華洪也跟進了這支考察實習隊。

“我們到天山考察的第一天，剛把營房帳篷搭好，老師就想出去散散步，順便看看那邊的山溝里有什么地質現象，結果就用鐵錘打出了一顆筆石化石，恰好解決了一個長期懸而未決的問題。”親眼目睹那一幕，華洪年輕的心里無比震撼，彼時他才發現古生物原來對解決重大問題有這么大的幫助。“后來，每次出去考察，都會感覺在古生物學科，再怎么做工作，總會有一些新的發現涌出來。整個古生物學科充滿了挑戰，這是我特別感興趣的地方。”華洪說。

1987年，華洪大學畢業了，他想要更深入地鉆研古生物學，因此選擇跟隨那位地史學老師攻讀碩士學位。“他是做早期生命研究的，主要精力在12?14億年前的疊層石上。我也就跟著他走上了疊層石研究之路。”從那時起，他開始跟進導師負責的基金項目，從河南到陜西，從甘肅到寧夏，從疊層石轉到中元古代遺跡化石研究。“一開始做得不是太成功。”華洪輕描淡寫地說了一句，然而，這種不順利并不能成為阻礙他繼續走下去的理由。相反，在1990年獲得西北大學地質學系古生物學地層學碩士學位之后，他依然念念不忘繼續深造。

“我老家是江蘇的，大學時代，父母從西安調回了無錫老家。而我在學古生物之后，就知道了江蘇有一個中國最好的古生物研究所——南京地質古生物研究所，那時我就想有一天能去南古所，離家鄉近一些。”或許是天意，在攻讀碩士學位期間，華洪的導師與南古所的一位老師保持了長年的學術交流，華洪也因此常常去南古所學習。留校5年后，華洪一心想要讀博士，這一次，他考入的就是南古所，他的“小心愿”終于實現了。

“選擇古生物學，是偶然，也是必然。”談到自己當年的經歷，華洪這樣說。此后，1998年，他拿到南古所博士學位。2000年10月至2001年10月，他以訪問學者身份赴加拿大Saskatchewan大學地球科學系開展博士后研究。2003年3月至2009年1月，他又在中科院南京地質古生物研究所進行了新一輪的博士后研究。不斷的學習和充實之間，華洪本人的事業也在走上坡路：2003年晉升為副研究員，2006年晉升為教授并入選教育部新世紀優秀人才，2008年遴選為古生物學與地層學專業博士生導師，而現在的他，是西北大學地質學系副主任。是的，即使有了回鄉的機會，他也并沒有真的離開西北大學。兜兜轉轉之中，他的事業依然在千里之外的那方土地上。

有一種情懷叫高家山

最早的魚兒怎么沒下巴？

最早的鳥兒怎么嘴長牙？

最早登陸的魚兒怎么沒有腿？

最早的樹兒怎么不開花？

逝去萬載的世界可會重現？

沉睡億年的石頭能否說話？

長眠地下剛蘇醒的化石啊，

請向我一一講述那奇幻的神話。

——化石吟

“2000年前后，我申請了一個國家自然科學基金項目，研究高家山生物群里的微體骨骼化石。這項研究一直延續到現在，先后獲得了國家自然科學基金3個面上項目以及一個重點項目的支持，取得了重大的進展。”

華洪自稱，他的研究是在老先生的基礎之上往下做，不斷取得進展，最具代表性的，就是將高家山生物群中的生物門類做了系統闡述和研究，也修正了此前學界的一些錯誤認識。其中，對Conotubus（錐管蟲）和Gaojiashania（高家山蟲）的重新厘定就是重要的一環。不止如此，他們還對其進行了新的形態學信息補充，并作出了相應的形態學復原，提出了不少具有“首次性”的結論。

重新厘定前人的研究，需要有勇氣，也需要有眼力。前些年，國際著名早期生命研究專家Andrey Yu.Zhuravlev等人報道了發現于西伯利亞的一類管狀化石，并將之定性為高家山蟲。華洪和課題組在研究中發現，這種管狀化石其實與高家山蟲存在形態、結構上的差異，他們根據高家山生物群中的實證化石材料進行了詳細的對比，否定了Zhuravlev等人的報道，重新定義為Shaanxilithes（陜西跡）。華洪確定，陜西跡可能是一類特殊的實體管狀化石，與Cloudina一樣，它具有十分穩定的地史分布，可能成為新元古代末期另一個重要的標準化石。

說到這里，就要提一下Cloudina了。它是新元古代末期全球廣泛分布的一類錐管狀化石，目前已經成為埃迪卡拉紀地層劃分和對比的重要標準化石之一。國外學者們曾認為，Cloudina生活在疊層石發育的淺水碳酸鹽巖環境中并且極有可能就用管體的封閉端固著生活在疊層石表面或者疊層石內部。但華洪課題組通過對華南埃迪卡拉系燈影組碳酸鹽巖地層中的Cloudina化石材料研究發現，這里的Cloudina至少有3種固定生活方式：管體封閉端固著到發育微生物席的碳酸鹽巖基底上；部分管體埋在基底中生活；部分管體平躺在基底上+部分管體直立伸入水體中生長。相關成果2014年發表在Gondwana Research上。

“我們在研究過程中，對于早期骨骼化提出一個認識：由于當時捕食壓力的增加，以及其他動物的出現，導致這些生物要分泌骨骼來抵御外界入侵。2003年，我們在國際著名刊物PALAIOS上發表了一篇文章來論述這個觀點，已經有了一定的研究。”在高家山生物群研究上，華洪考慮的其實不只是骨骼化，還有化石埋藏。

在大量的野外工作積累下，他和隊友們找到了風化微弱的化石樣品，在無數次樣品加工和測試之后，終于發現高家山生物群中以“黃鐵礦化”“有機炭質壓膜”和“粘土礦物交代”這3個端元為主的混合型化石保存方式。進一步分析后，他們認為，高家山的化石保存方式與顯生宙（尤其是寒武紀）以及部分前寒武紀細粒碎屑巖相化石生物群的保存具有很大的相似性。而高家山實證材料則表明，類似的保存方式可能廣泛存在于各個地史時期的細粒碎屑巖相中。這為前寒武紀特異埋藏化石生物群的埋藏學機制的研究以及啟示尋找新的潛在特異埋藏化石庫提供了重要依據。

“我清楚地記得，在十幾年前，我們做的高家山生物群研究材料甚至連準備一篇碩士論文都不夠。而現在，在這個領域都已經畢業了好幾個博士了，相關研究成果已有20余篇在國際知名學術刊物上發表。”華洪感慨道，“只要下了功夫努力去做，總有一些新的發現，不斷改變你以前的認識。”在他看來，做工作一定要堅持。高家山生物群，在他十幾年的堅持下，已經成為了一種情懷。“一定要有一雙能夠發現的眼睛，然后要踏踏實實地去做。如果當年在那種窘迫的境況下就放棄了，不可能有后來幾個基金的支持。”

事實上，就在2015年的夏天，他又在高家山生物群中發現了幾個新的化石類型。沒有堅持，就沒有發現。華洪堅定地相信這一點。

化石埋藏中的密碼

過了多少億年，

地質勘察隊員

在巖層里發現你，

依然栩栩如生。

但你是沉默的，

連嘆息也沒有，

鱗和鰭都完整，

卻不能動彈。

——魚化石

“化石埋藏”是華洪科研上的“另一條腿”。“從現代生物模擬來反推這些生物是如何形成化石的。”華洪的該項研究起步于前兩年，在2016年年底，他負責的國家自然科學基金項目“動物胚胎的實驗埋藏研究”就將結題。以目前的進展來看，他在武昌魚胚胎的磷酸鹽化及硅酸鹽化實驗和蝦卵的實驗埋藏研究上頗有心得。

磷酸鹽化實驗表明在不同環境條件下武昌魚卵形態差異顯著。比如：在微生物條件下，魚卵通常具有完整的外殼和完整的核部；富氧條件下，魚卵外殼多保存下來，并展現出大致的輪廓，但核部消失；在酸性條件下，核部保存下來，但外殼消失。而在硅酸鹽溶液浸泡的實驗中，胚胎的卵膜跟核部不僅外部形態各異，其大小變化相差也非常大。根據這些現象，華洪和他的隊友提出了一系列推論，不僅對磷酸鹽化和硅化的胚胎化石的研究鑒定提供了有益參考，也為其成因的探索提供線索和新的思路。

同樣的，在2015年的《微體古生物學報》上發表了華洪課題組的成果。這一次是蝦卵的實驗埋藏研究進展。當他們把蝦的休眠卵，分別在不同水介質條件（普通海水、淡水、高濃度磷酸鹽溶液、硅酸鹽溶液）下進行腐解及礦化的實驗后，對蝦卵在不同環境下的保存能力、蝦卵在不同發育階段的保存能力有了充分的了解，為磷酸鹽化胚胎化石的解釋提供重要參考。

“早期胚胎研究特別熱門，學界在華南埃迪卡拉紀陡山沱里發現了好多胚胎化石，但到底是植物還是動物，一直都沒有定論。”華洪就是在這樣的背景下作出了這樣的設定——以現在的胚胎模擬當時形成化石的過程，看看在形成化石的過程中會出現哪些變化。一個靈感催生了一系列的研究，而他就是一位探秘者。

手記：從容淡定才是真

前文講到華洪隨老師去天山考察。如果不是記者后來又追問了一聲，他恐怕根本不會講到期間遭遇過一次險情。

“我們把帳篷搭在河漫灘上，原本應該是安全的。沒想到一場暴雨把舊河道沖開了，我們和車被圍到了河道中間。水很大，大概一張桌子大小的石頭在河道里翻滾，我們怎么也過不去。”那一次，他們差點彈盡糧絕，要喝水，可水里都是泥沙，沉淀上一兩天也只有上面的一點能喝，7個人靠著半袋面撐了一個禮拜，直到水停了，托克遜的維族人給他們開路，他們才有機會走出去。

“出了溝以后，車弄不出來就回不到縣城。我們知道隔壁溝里有一個地質隊，課題組的一個同學騎了一天的毛驢去求援，人家來了車，才把我們拉走。”過去的很多年，每年暑假，他都會有個把月“跑野外”，這種驚險的局面縱然不常見，其他小狀況也有不少。時過境遷，到他口中，只剩下一句，“那也是很值得回味的”。

他總是很淡定。2014年，華洪和南古所合作的藍田生物群研究獲得江蘇省科技一等獎。“以南古所為主，我是個配角。”華洪說。在“報獎”這回事上，華洪向來不主動，因為“申請挺麻煩的，顧不上。”理由令人莞爾。

現在的華洪，是主管教學的副院長，精力也發生了轉移。“交流很重要，就算我不像以前那么頻繁參加學術會議，也會鼓勵學生去參加。”他是西北大學地質系第一個自己掏錢送博士生去國外進修和參加學術會議的教師，千方百計創造交流機會。

2001年底，華洪自加拿大歸來，就產生了一個想法——辦一個青年教師沙龍，讓大家有機會交流在國外學習和工作的感受，讓大家開闊眼界，吸收新鮮事物。“之前因為SARS中斷了，十年以后終于又完成了我的夙愿。”從不定期到每兩周一次，甚至一周一次，地質系的沙龍越辦越紅火，華洪但凡有時間都會去沙龍上轉轉，看到活躍的氣氛，他就倍感欣慰。

他相信“寓教于研、以研促教、研教融貫、教研相長”才是王道，一心想要拆除學校和社會之間的墻、教學和科研之間的墻、各學院各專業之間的墻，以及教與學之間的墻，將教學做成最大的事業。

“其實我在指導學生的過程中也收獲不少。曾經，有個學生提出了很多問題：黃鐵礦化化石為什么經常出現，但黃鐵礦化軟軀體化石為何如此稀少？為什么同一類化石有多種不同保存方式……這些問題給了我靈感，結合研究方向，我就提出了一個本科生創新基金‘高家山生物群埋藏學研究，隨著研究的深入在此基礎上我獲得了國家自然科學基金的資助。”每每提到這些學生，他都很自豪，反而戲稱自己已經“退居二線”，學生才是未來科研的主力。尤其當學生獲得全國百篇優秀博士論文提名，申請到基金支持，他總是比他們更高興。