孫立廣：在南極走出自己的腳印

孫立廣 王珊

科學研究必須要另開新路，沿著前人的腳印，永遠走不出自己的腳印。我希望科研界能夠給予另類思維更多的空間，這樣創(chuàng)新才能百花齊放。

幾千年前的企鵝是什么樣子的？它們怎么生存？氣候變化對它們有什么影響？從1975年開始，數(shù)不清的科學家造訪了南極企鵝島，不少人試圖從生物學的角度進行監(jiān)測，但只能揭示最近幾十年內的企鵝歷史;也有科學家嘗試利用企鵝殘骨測年的方法來求證它們在一個地區(qū)逗留和離開的時間來推演氣候變化。但企鵝骨頭的搜集具有偶然性，你無法預料搜集到的實驗證據(jù)來自哪個年代，推演出來的企鵝歷史不具有連續(xù)性。

從南極采集回來的樣品

中國科學技術大學的教授孫立廣想了一個方法。他瞄向了一批批科學家沒有注意到的企鵝糞，通過對企鵝糞元素的分析，推斷出3000年來企鵝數(shù)量的變化及其背后的原因，更將這種方式應用到我國南海和北極古生態(tài)、古氣候和古環(huán)境的重建之中。研究企鵝歷史，某種程度上也是對人類活動的一種映射反映。孫立廣用這種新穎的生物地球化學方法，將極地生態(tài)地質學推上了極地圈研究的舞臺。

敢于想象并付諸實踐是孫立廣的一種特質。遇到一個搞不明白的科學問題，他會找一個安靜的所在，預先設想一個解決問題可能需要的邏輯線，然后再通過實驗求證，有時候實驗驗證了他的猜想，有時則會與他的想法背道而馳。他樂此不疲。他覺得思想一定要走在認識的前方，無論考察的結果是證實和推翻原先的預測，都是在加深對自然的認知。“科學研究必須要另開新路，沿著前人的腳印，永遠走不出自己的腳印。”孫立廣告訴本刊記者。

“你愿意參加南極科學考察嗎？”

我是學地質學出身，一直致力于用地質學的方法研究生態(tài)環(huán)境。這是一種利用自然界面之間的化學過程來認知自然界的方法，是一種更為微觀的尺度。比如說，當時我做的酸雨研究就通過研究高硫煤燃燒形成的硫源在大氣、雨水、地面流水和碳酸鹽巖石之間的反應，最終得出的結論是，小型高硫煤礦生產的燃料煤是長江以南酸雨的主要來源。

我在上世紀90年代就意識到環(huán)境與氣候變化將是地球科學研究新的重要領域，但我從未想過自己會有機會研究南極。所以，當我收到北京師范大學教授趙俊琳的電話時，我驚呆了。他當時正在負責國家“九五”攻關南極項目的二級課題。他在電話那頭問我：“孫老師，你愿意參加南極科學考察嗎？”這是一個我做夢都不曾夢到的問題，覺得天上掉下了一塊餡餅。

中國科學技術大學教授孫立廣在實驗室

誰不想去南極看一看呢？作為地球上最后一塊凈土，那里被視為科學研究的圣殿。僅在1957年到1958年國際地球物理年期間，67個國家、8萬多名多科學家圍繞南極開展了全球性的科學研究，試圖揭開隱藏在南極冰層、大氣、海洋、湖泊、生物與巖石、土壤和天空中的秘密。那時，光中國就先后派了14支科考隊伍過去。

現(xiàn)在看來，研究企鵝糞是為了達到去南極的目的不得已而為之的。在這之前，我調研了國內極地考察與研究的所有項目與課題，我很沮喪——與我有限積累相關的海洋、湖泊、地質、生物、大氣、地球化學等領域，都已經(jīng)被有權威科學家和研究機構分別承擔。要闖入這些前人已經(jīng)占有的研究地盤，在權力和學術上，我們都缺乏信心。

我只能去尋找一個不被別人關注的方向。我最先想到的是企鵝，這是南極標志性生物，當時國內外對企鵝的研究主要是從生物學家的角度考慮和出發(fā)的。我試圖從剛才提到的自然界面方面去思考，企鵝在海洋中捕食，在南極大陸邊緣的無冰區(qū)生活繁衍;它們把海洋物質通過生物的消化和活動過程，通過糞便、羽毛和殘骨一起留在了陸地和積水區(qū)，與風化土壤和植被的殘體等一并保留在沉積物中，從而實現(xiàn)了物質大尺度的循環(huán)。這些遺存猶如一頁頁文字，構成了一部企鵝的“史記”，能否通過解讀這些文字，來反推這種物質大尺度的循環(huán)呢？

沒有經(jīng)費的研究

企鵝糞就這樣成為我設定的研究目標，我第一個想要探究的是能否通過企鵝糞的分析來了解南極無冰區(qū)歷史時期的污染記錄及其與人類活動的關系。這個想法在當時聽起來有些“異想天開”，因為能否找到企鵝糞的沉積層我都是不確定的。好在，它是以我35年的學習和研究工作積累為基礎的，也算有接地階梯的“空中樓閣”。

我依然多少覺得有些不踏實。為了能夠保證自己去南極，我還想了另外兩個沒有爭議的課題為此保駕護航，一個是在南極的苔原和生物糞土區(qū)去檢測土壤中氧化亞氮、甲烷、二氧化碳這些溫室氣體的排放或吸收過程，一是進行企鵝聚集地大氣氣溶膠的組成監(jiān)測。主意有了，但是經(jīng)費在哪里？當時，我跟趙俊琳負責的南極攻關課題有16萬元的經(jīng)費，但去南極前不可能到位。學校答應給我的10萬元經(jīng)費也要到下一個年度才能使用。我們手上只有對外協(xié)作結余的兩萬元經(jīng)費，要知道一臺大容量氣體采集器就要1萬塊。

我去找了時任中科院資源環(huán)境局局長秦大河，闡述自己對南極的渴望以及我們的方案，希望他們配套經(jīng)費。他當場就給我潑了冷水，“你們不要去了，去的人太多，多是白忙活，你們沒經(jīng)驗，去了也是一樣”。不過后來在我們研究推進以后最需要支持的時候，他在自己申請的經(jīng)費中給我們撥了50萬元。那時，我才意識到，他的處事風格是不看情面、不見兔子不撒鷹。我想了下，換作是自己，在不了解一個人的情形下，也不會憑空拿出經(jīng)費支持一個人。

南極半島洛克羅伊港附近，一群頑皮的巴布亞企鵝結隊走過

我也想過申請國家自然科學基金，但很快丟掉了念頭。在通常的基金項目審議中，那些按照技術路線圖可以預期到研究成果的項目，評審人員一般會給出“良好”以上的評價，研究人員從而獲得資助。但如果你別出心裁、有點新設想，再加上沒有申請經(jīng)驗，申請極有可能會流產。在去南極之前的5年中，我曾申請過3次自然科學基金，但都因為評審時有人支持、有人否定沒有通過。

對于不少評審專家來說，課題設計的編制技巧可能比關鍵創(chuàng)新點更加重要。我想提及兩個問題，即為什么我們的一些領域出不了重大研究成果？為什么我們如今在科學界很少看到哪一個研究項目是失敗的，盡管不少是平庸的？我認為，其中一個原因是我們缺乏寬容失敗的雅量以及承擔失敗的勇氣。實際上，那些研究結果不確定并有可能失敗的項目才更可能是原始創(chuàng)新的，不過有可能失敗的項目在評審這一關就通不過。

為了節(jié)省經(jīng)費，我記得打電話跟儀表廠討價還價談合作，我都是很小氣地在太太的辦公室打的，我們取樣的樣品袋也是太太用家里的舊床單、布料自己在縫紉機上做的。我們當時也沒有實驗室，為了節(jié)省儀器實驗經(jīng)費，就跟對方達成協(xié)議，實驗費用免費，發(fā)表成果后共同署名。這反而養(yǎng)成了我的研究組申請經(jīng)費的獨特方式。我差不多總是用前一個課題的剩余經(jīng)費去做下一個課題的研究，等下一個課題申請成功，我們取得的成果差不多就可以交賬了，剩下的就是精雕細琢發(fā)表高水平的研究成果。這樣的好處是，我們沒有交不了賬的壓力，研究是在自由的狀態(tài)下進行的。

地圖上的曙光

到了南極的第二天上午，我就跟趙俊琳迫不及待地去了阿德雷島，它被稱為企鵝島，最有可能找到企鵝糞土層。我們兩人還未走到一半就風雪大作，我們跌跌撞撞地到了山頭，遠遠地往前面的山下望去，能看到避風的企鵝抱成一團，白色的肚皮全部埋在黑色的翅膀下，在雪原上像一朵朵烏云。惡劣的環(huán)境只是我們遇到的第一個考驗，更重大的挫折還在后頭，費盡周折后，我們在企鵝島找不到一塊留存糞土層的洼地——企鵝基本生活在海邊的巖石小丘上，它們的排泄物、毛發(fā)等不斷地隨著雪雨和流水入海，并沒有沉積下來。

我很沮喪，企鵝島尚且如此，其他島上更沒有指望了。兩個多月后，曙光才來了。原本我們是俄羅斯站區(qū)打探一下他們那些漂亮的硅化木和植物葉片化石是從哪里來的。站區(qū)的站長拿出地圖在上面點出了一個點，說化石就在那里。我心里略有疑慮，那里是火山噴出巖所在地，火山噴發(fā)時是熔融狀態(tài)，怎么會有那么好的植物化石呢？也許火山巖夾層中有沉積巖？我們這樣想著就出發(fā)了。

到了地圖上的那個點，我們沒有尋到化石，但往下看的時候，發(fā)現(xiàn)凹谷中有四個小湖。我們二人飛奔下去，發(fā)現(xiàn)水很渾濁，上面還漂浮著淺粉紅色的絮狀團塊狀物質，跟企鵝糞的顏色一樣。是企鵝糞嗎？我們迫不及待地在水邊的泥土上向下挖去，發(fā)現(xiàn)其成層分布，還有難聞的臭味。我跟趙都很興奮：有層次、有深度意味著有歷史，有氣味則意味著有腐爛的有機質。我記得那天，我們兩人是唱著“敢問路在何方，路在腳下”往回走的。

第二天，我們拿著PVC管采集了兩根湖泥柱子樣品回去，其中一根長67.5厘米。我們按1厘米間隔在潔凈室中對泥芯分樣，并進行了碳14測年，發(fā)現(xiàn)底部泥芯的年齡在3000年左右。元素濃度結果也很快出來了，其中鍶、氟、磷等9種元素顯著相關，隨深度呈幾乎同步的變化，我們后來確認這是企鵝糞的標型元素，也就是必備元素，其他的元素則是泥芯中的其他介質富有的。

隨后，我們的研究結果顯示，工業(yè)革命前，企鵝糞中的鉛元素幾乎沒有變化，但在過去200年間，特別是過去50年里呈現(xiàn)明顯上升趨勢。這表明由于人類活動造成的全球環(huán)境污染已經(jīng)影響到南極生態(tài)圈。而且，通過對企鵝糞中標型元素在沉積柱之間含量的變化，我們確認，在過去3000年中，在人類未曾干預的情況下，企鵝種群發(fā)生過四次明顯的波動，其中距今1400～1800年企鵝數(shù)量達到最大值;距今1800～2300年間，企鵝數(shù)量銳減。這種增長和銳減又分別和氣候變暖和新冰期相吻合。

企鵝糞的研究幫助我們打開了南極無冰區(qū)生態(tài)地質學的大門，這里頭有著許多美麗、有趣以及前人未見過的風景。在此基礎上，我們又將目標擴大到海豹，我們在海豹毛和糞土層中識別出人類因素的影響、文明的進程和環(huán)境的代價。通過檢測南極海豹毛和生物糞中汞、鉛等重金屬含量的變化，提出鳥類活動是人類污染物傳輸?shù)男峦緩剑?jù)此揭示了過去2000年來生物毛發(fā)與糞土中污染物與人類冶金文明的響應關系，有學者評價我們的研究“對研究文明的發(fā)展與環(huán)境代價有重要科學意義”。此后，我們又將糞土層生態(tài)地質學的研究方法應用到我國南海和北極古生態(tài)、古氣候和古環(huán)境的重建之中。

這些，都是我們最初研究企鵝糞時不可能想到的。事實上，一個新的學科從出現(xiàn)到形成并不是一個容易的過程。我們能夠開展這個研究領域，并不是因為我本事大，而是我想到了邊界和新的創(chuàng)新點。喬布斯曾經(jīng)講過在斯坦福演講時發(fā)生的一件事，據(jù)說，當時有一位年輕人問他：“我怎么樣才能成為你那樣的人呢？”喬布斯的回答很簡單：“另類思維”。我也希望科研界能夠給予另類思維更多的空間，這樣創(chuàng)新才能百花齊放。