作者:都芃 来源:科技日报 发布时间:2023/8/14 12:33:19
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毛方园:探索哺乳动物进化的奥秘

 

毛方园在中国科学院古脊椎动物与古人类所CT实验室扫描标本。受访者供图

◎本报记者 都 芃

如果只是停留在对标本的简单描述上,前人已经做得非常细致了,留给我们的空间很小。我们现在已经站在巨人的肩膀上了,要想再进一步就必须要引入新的方法。

毛方园

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员

见到中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员毛方园时,她刚从内蒙古野外考察归来。短暂的停留后,她又将奔赴下一个考察地点。整个夏天,毛方园几乎都在野外度过。

走进毛方园的办公室,两排高大的铁皮柜包围着一张办公桌。柜子里大部分是她野外考察时收获的标本,占据了大半张桌面的是她用来复原标本三维图像的数位板,这是她与标本缠斗的“武器”。

正是在这间不大的办公室里,毛方园先后取得多项突破性成果。今年,凭借对哺乳动物中耳渐进演化研究作出的重要贡献,毛方园荣获第十八届中国青年女科学家奖。

让中耳渐进演化假说成“真”

2018年底,在美国纽约一间不大的公寓里,毛方园度过了她最难忘的一个圣诞节。

彼时,她正在美国自然历史博物馆从事博士后研究工作。她要攻克的,是被誉为哺乳动物古生物学“圣杯”的哺乳动物中耳渐进演化问题。

“古生物学家认为,哺乳动物中耳内的3块听小骨是从爬行动物的下颌关节骨演化而来的。”毛方园向记者介绍,从达尔文时代开始,哺乳动物咀嚼器官和听觉器官的分离过程就一直是个谜。哺乳动物的远古祖先曾拥有一体化的听觉和咀嚼结构,但在此后演化中为了适应自然选择,提高两者的工作效率,它们出现了分离。分离过程究竟是怎样的?古生物学家一直没能给出确切答案。

由于缺少完整、清晰的化石证据,关于哺乳动物中耳渐进演化的假说,终究只能停留在假说阶段。直到毛方园等人的研究成果出现,这一渐进演化过程终于被“呈现”出来。

去往美国前,一次偶然的机会,毛方园得到了采自距今约1.24亿年早白垩世辽宁热河生物群的李氏源掠兽化石。拿到化石后,毛方园和合作者对其进行了初步的CT扫描,结果令她很兴奋,“我们大致看到了它里面的中耳形态”。

仅是大致形态还远远不够。要拿出能够令学界信服的证据,高精度CT扫描是第一步。“如果扫描精度比较低,可能就不足以区分出不同的结构特征,进而就会导致在复原过程中留有很多空白,只能依靠人的想象去填补。这就会使最终结果不够准确,说服力也不强。”她说。

借助显微断层扫描仪,毛方园将扫描精度控制在了5微米以下。当一张张清晰的扫描图片呈现在她眼前时,她心潮澎湃。

不过,扫描得到的仅是一张张切片图,只有在这些单层的切片之上,一层层地复原出标本原有的三维形态,才能给出最直观的证据。

从圣诞节前开始,一直到元旦后,毛方园将自己“关”在了公寓里。守着面前的笔记本电脑,她开始一点点复原标本。经过一笔又一笔的细心勾勒,切片图上“长”出了立体的形态,1.2亿年前的生物就这样在毛方园的笔下“复活”了。“那种感觉就像远古生物活生生地呈现在你面前。”她回忆道。

“李氏源掠兽的多件标本首次展示了一个关键特征,即听骨与麦氏软骨之间无骨质链接,这意味着它的听觉与咀嚼器官已完全分离。”毛方园说,这一发现填补了过渡型中耳和典型哺乳动物中耳在演化过程中表型特征的空缺。2019年12月,《科学》在线发表了毛方园等人关于李氏源掠兽的研究成果。该成果也入选“中国古生物学2020年度十大进展”,并位列首位。

在前沿交叉领域不断探索

直到读博,毛方园与早期哺乳动物才算正式“碰面”。她本科阶段学的是地质学,读研时在中国科学院南京地质与古生物研究所攻读孢粉学硕士学位。2008年,研二的暑假,毛方园来到内蒙古二连盆地进行地质考察,她要进行孢粉采样,并依据采集到的样品,分析古环境的植物组成和气候变化,判定地层沉积时间。

在二连盆地的戈壁上,漫天的沙尘、一望无尽的荒漠不仅没有“劝退”这位南方姑娘,反而将她迷住。

“相比坐在实验室,我更喜欢在野外探索。”毛方园在那时决定读博,并将研究方向转向与野外打交道更多的古脊椎动物学,而那次带队考察的老师、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王元青,后来成了毛方园的博士生导师。

毛方园不喜欢循规蹈矩。读博时,她总愿意独辟蹊径,曾尝试将一些新的研究方法引入早期哺乳动物研究中。

“比如,我们人类的牙齿和爬行动物的牙齿就很不一样。我们只换两代牙,我们的牙齿非常坚固,可以咀嚼各类食物。因为我们牙齿里有个结构叫釉柱,它可以增强牙齿的韧性。”毛方园试图将这一重要的分类特征应用到对早期哺乳动物的研究中,探索其功能意义。

这种方法在古人类学研究中用得比较多,但在早期哺乳动物研究中应用较少。由于缺少前人经验,毛方园只能自己翻阅文献,请教古人类学专家,自己摸索着解决问题。“我想的点子确实不少,但能实现的还是少数。”毛方园打趣道。

虽然总是“自讨苦吃”,但毛方园还是认为,现在已经很难再依靠传统的研究方法取得有突破性的成果了。“如果只是停留在对标本的简单描述上,前人已经做得非常细致了,留给我们的空间很小。我们现在已经站在巨人的肩膀上了,要想再进一步就必须要引入新的方法。”她说。

此外,毛方园还喜欢接触、学习新的技术。“现在古生物学已经成为多学科交叉的领域,很多东西都要了解一点。至少要知道它大致的基本原理,你才能明白怎样达到想要的效果。”她说。

如今,毛方园又将目光投向了大数据与人工智能,她希望通过与其他领域学者合作,建立标本的三维数据库,借助深度学习等技术,实现对化石部分生物特征的自动识别、表型组和基因组的联合,最终实现预测演化过程。

希望给女性科研人员更多支持

毛方园一年中有两三个月的时间在野外考察。作为一名女性科技工作者,她在野外并不会受到过多“优待”。

“比如,我们所的女科学家有时需要和男同事一起到煤矿矿井中去寻找化石标本。等到上来时,所有人的脸都漆黑,分辨不出男女了。”毛方园告诉记者,在野外,大家不分男女,都干一样的活,“男同胞有时会在一定程度上照顾女同事,大家相互协作”。

野外环境艰苦,但毛方园并不觉得辛苦。“我觉得,做一件事辛不辛苦,不是由外在条件决定的,而是在于你喜不喜欢它。”她说,在荒野中寻找化石,在实验室拼接、修复化石,在设备上观察、复原化石,在计算机前讨论、研究实验结果……这些工作看似艰辛,她却乐在其中。

“生命经过如此漫长的演化才走到今天,这中间经历了哪些过程?那些没有走到今天的生命又经历了什么?”这些问题让毛方园着迷,也时常让她感叹自然的神奇。

作为一名女性科技工作者,毛方园并不回避女性可能在科研事业发展中遭遇的困境。她曾见过优秀的女性科技工作者因为家庭原因被迫放弃科研道路,也在野外考察时见到带孩子一起工作的母亲。

她表示,目前我国相关评价机制、奖励政策等,对于女性科技工作者已有了相应倾斜,很大程度上缓解了女性在科研事业发展中遭遇的瓶颈。

毛方园希望,社会能够给予女性科研人员更多支持。她相信,未来在一系列制度政策的支持下,女性将为我国科技事业发展作出更多的贡献。

 
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