作者:甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2021/8/17 14:59:35
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朱祥坤:给元素测“基因”

 

物质世界的组成成分浓缩在一张元素周期表中,元素的循环演化则可以由其“基因”——同位素来测算。

不同的物质“家族”,元素同位素组成各不相同。在地球漫长的地质演化历史中,给石头中的不同元素测“基因”,就可以知道它的“家族”来源、形成时间和形成过程。

年复一年,给元素测“基因”,就是中国地质科学院研究员朱祥坤的工作。“有什么用?”朱祥坤总会被问到这个问题。他总是两手一摊,用略带山东口音的腔调不温不火地回答:“我不知道。”

从仰望星空到脚踏实地

作为地球科学家,朱祥坤与同位素结缘却是从仰望星空开始。1998年,《科学》上发表了一篇文章称,来自火星陨石的证据指向存在生命迹象的可能,这掀起了利用同位素分析方法开展天体生物学研究的小高潮。

当时,稳定同位素分析技术还停留在一些非金属元素上,例如碳、氮、氧、硫等。2000年前后,世界上拥有先进技术的几个实验小组才开始对金属稳定同位素“下手”。朱祥坤当时所在的英国牛津大学的小组便是其中之一。

“一个元素如果被生物利用之后,元素的‘基因’就会被改造,变得与原来不一样。与生命活动紧密相关的铁元素便成了研究目标。”接受《中国科学报》采访时,朱祥坤回忆当年。

作为创建非传统稳定同位素研究的学者之一,朱祥坤2002年决定回国。许多同行、朋友不理解,他正处在事业上升期,回国意味着放弃优厚的待遇和优良的研究条件。他本人却很坚定:“我从来没有想过久留国外。科学没有国界,科学家却有祖国。”

回国后,他加入中国地质科学院,从此开启了“脚踏实地”的地质科学工作。虽然当时国内科研条件不尽如人意,朱祥坤却坚持在“冷板凳”上踏实前行,并乐在其中,用行动践行了“胸怀祖国,服务人民”的情怀。

地球科学研究少不了跑野外。说起野外工作,朱祥坤“爽”感洋溢:“就像侦探一样,你得先有一个预设,在野外看到现象后尝试去解释,再到实验室中测量、验证、倒推。幸运的话,最后会得到新结论。”

当然也很辛苦。前几年,朱祥坤带领团队远赴南太平洋的岛屿采样,在铬铁矿所在的一个深坑里,他们如获珍宝一样往袋子里装了许多石块,心里想的是:“这辈子不知道还能不能再来一次,赶紧多带点回去。”离开的时候傻眼了,铬铁矿样品重得根本背不动,加上爬山、天气炎热、缺水,差点中暑。

无论是甜,还是苦,出野外的乐趣外人想象不到。今年5月,他们在湖北宜昌、神农架一带又完成了一次心情舒畅的野外工作,追踪的问题与寒武纪生物大爆发有关。

从“无用”到“有用”

20多年来,朱祥坤一直忙乎着他口中“不知道有什么用”的工作,还总是加班。

在他看来,给地球中不同的物质测定其多种元素的“基因”,能够揭开更多的地球之谜,“说不定什么时候就用上了呢”!

朱祥坤的“说不定”,就发生在今年5月。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)宣布,将铅元素标准原子量从原来的207.2±0.1修改为[206.14, 207.94]。这项将更新教科书中元素周期表的成果,便是基于朱祥坤多年的“无用”工作。

为了这一数据,朱祥坤带领研究团队对数百篇有关铅同位素文献进行调研,统计了超过8000个铅同位素数据。数据中的最小值和最大值都是来自朱祥坤等20多年前对苏格兰西北部Lewisian古老杂岩体的独居石的分析结果。

这让朱祥坤对“无用”工作更加坚持:“基础研究是一个根基,支撑很多不同方向和领域的研究。我们地球科学做矿、做环境,都离不开包括同位素在内的一些理论框架。”

近年来,研究团队正是秉承这种创新精神,敢于提出新理论、开辟新领域、探寻新路径,涌现出一批“有用”的重大创新成果:在国际上率先建立了铁钛等多种非传统稳定同位素高精度分析技术、研制铁铜锌等多种同位素标准物质提供数据质量监控标准、构筑非传统稳定同位素地球化学示踪参照系等。不仅如此,相关成果还开辟了矿床学研究新途径,深化对复杂矿床成因认识,为解决国家资源环境重大问题提供了科技支撑。

对基础研究的“无用之大用”,朱祥坤的认识是,只有坚持认认真真、扎扎实实搞基础研究,当国家有需求时,才有可能贡献力量。

从坚守到优秀

坚守基础研究,朱祥坤始终坚持追求真理、严谨治学的求实精神,瞄准世界一流,取得优异成绩。

朱祥坤的“第一桶金”,至今仍是同行们中的一段佳话。2003年,他回国才一年,就一鼓作气拿下了国家自然科学基金的两个项目:国家杰出青年科学基金项目和重点项目。

近20年来,朱祥坤始终难忘最初得到的两个项目支持。“那是科研上的‘第一桶金’。光有想法、没有经费不行。经费到位了,才是真正独立做科研了。”他告诉《中国科学报》。

被同行记住则是因为羡慕。据说一个学者能够同年拿到两个“重量级”自然科学基金项目,至今在地球科学部都非常罕见。

这些年来,朱祥坤一共主持了6个自然科学基金项目,包括3个面上项目、2个重点项目、1个国家杰青项目,还参与了2期创新群体项目。在自然科学基金的支持下,他带领团队在建成全球首个碳酸盐岩稀土元素精确定量部分溶解法后,通过对蓟县剖面约16-15.5亿年前的古海洋沉积碳酸盐岩开展详细的地球化学研究工作,有效地提取了当时的古海水地球化学信息,发现了中元古代的一次氧化事件。这一发现推翻了传统认识,成为地球早期环境与生命协同演化研究的一个重大突破。

在他看来,自然科学基金的持续支持,为他潜心研究前沿基础科学问题提供了保障。

 
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