文｜《中國(guó)科學(xué)報(bào)》見(jiàn)習(xí)記者 杜珊妮
“這個(gè)課題很復(fù)雜，沒(méi)人做過(guò)，愿不愿意試試？”當(dāng)導(dǎo)師李全國(guó)拋出這個(gè)問(wèn)題時(shí)，李若霜簡(jiǎn)潔干脆地回答：“行。”
這個(gè)“行”字，承載著她一貫的科研態(tài)度。就像當(dāng)初遠(yuǎn)赴南極科考時(shí)一樣，面對(duì)極寒與未知，她毫無(wú)畏懼。如今，再次面對(duì)未知的課題挑戰(zhàn)，李若霜同樣選擇迎難而上。正是這種“說(shuō)干就干”的魄力和執(zhí)行力，讓每一個(gè)選擇都開(kāi)花結(jié)果。
李若霜
近日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士研究生李若霜以第一作者的身份發(fā)表了首篇《科學(xué)》論文。她所在的研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了1.6億年前中生代哺乳動(dòng)物毛發(fā)顏色的奧秘，為理解哺乳動(dòng)物的演化補(bǔ)上了一塊重要拼圖。該校地球科學(xué)與資源學(xué)院教授李全國(guó)和比利時(shí)根特大學(xué)生物學(xué)副教授Matthew D. Shawkey為論文的共同通訊作者。
李若霜等發(fā)表的《科學(xué)》論文
破譯1.6億年前的“色彩密碼”
在地球漫長(zhǎng)的生命演化史中，作為中生代陸地生態(tài)系統(tǒng)的主宰者，恐龍無(wú)疑是最引人注目的存在之一。它們種類繁多、形態(tài)各異，不僅是影視作品和博物館的焦點(diǎn)，更是科學(xué)研究的重要對(duì)象。相比之下，與恐龍共存的哺乳動(dòng)物的早期祖先，卻鮮少受到關(guān)注。
從化石證據(jù)來(lái)看，中生代哺乳動(dòng)物外形酷似會(huì)飛的鼯鼠或小老鼠。這些體形微小、毛茸茸的生物，是現(xiàn)今所有哺乳動(dòng)物的遠(yuǎn)古親屬。它們?cè)诳铸埥y(tǒng)治的世界里夾縫求生，直到非鳥(niǎo)類恐龍滅絕后，才迎來(lái)哺乳動(dòng)物的黃金時(shí)代。
近年來(lái)，隨著古生物學(xué)研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了大量早期哺乳動(dòng)物的化石，揭示了其解剖結(jié)構(gòu)、生活方式等生命細(xì)節(jié)。然而，哺乳動(dòng)物毛發(fā)顏色和花紋的起源與演化機(jī)制卻不得而知。早期哺乳動(dòng)物都是什么顏色的？這一懸而未決的問(wèn)題，正是李全國(guó)教授課題組關(guān)注的重點(diǎn)。
作為全球最早復(fù)原恐龍?bào)w色的研究者之一，李全國(guó)曾帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)化石中的黑素體形態(tài)先后復(fù)原了赫氏近鳥(niǎo)龍和小盜龍的真實(shí)色彩，并在2014年發(fā)表的《自然》論文中，揭示了四足動(dòng)物黑素體的演化趨勢(shì)。他們發(fā)現(xiàn)，在羊膜類脊椎動(dòng)物（如蜥蜴、翼龍等）的演化過(guò)程中，鳥(niǎo)類的直系祖先手盜龍類和哺乳動(dòng)物中的黑素體形態(tài)都發(fā)生了重要突變。
“現(xiàn)代哺乳動(dòng)物的黑素體形態(tài)多種多樣，這一點(diǎn)與現(xiàn)代鳥(niǎo)類相似，而鳥(niǎo)類的黑素體形態(tài)多樣性是手盜龍類開(kāi)始的。從那時(shí)起，我們就猜想，哺乳動(dòng)物的黑素體中應(yīng)該也隱藏著一個(gè)非常有意思的演化故事?！崩钊珖?guó)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
研究團(tuán)隊(duì)合照。李若霜（前排右二）和李全國(guó)（后排右一）
黑素體是影響毛發(fā)、羽毛顏色的重要色素分子。在化石形成的漫長(zhǎng)地質(zhì)歲月中，皮膚、肌肉等軟組織早已消失殆盡，但黑素體卻宛如“時(shí)光膠囊”在化石中留存至今，為破譯遠(yuǎn)古生物的體表顏色提供了可能。
在這項(xiàng)最新發(fā)表的研究中，研究團(tuán)隊(duì)將今論古，借助現(xiàn)代生物學(xué)研究，構(gòu)建了一個(gè)由116種現(xiàn)代哺乳動(dòng)物毛發(fā)黑素體組成的數(shù)據(jù)庫(kù)，首次揭示了哺乳動(dòng)物黑素體形態(tài)與顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并成功復(fù)原多種不同生態(tài)類型的早期哺乳動(dòng)物的毛發(fā)顏色，填補(bǔ)了中生代早期哺乳動(dòng)物體表顏色研究的空白。
“當(dāng)我們解析了現(xiàn)代哺乳動(dòng)物黑色素體形態(tài)與毛發(fā)顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，相當(dāng)于建立了一套‘公式’。將化石中的黑素體形態(tài)數(shù)據(jù)代入這套‘公式’，就可以有依據(jù)地推測(cè)出早期哺乳動(dòng)物的毛發(fā)顏色?！崩钊羲忉屨f(shuō)。
團(tuán)隊(duì)收集了6件來(lái)自中國(guó)晚侏羅世燕遼生物群和早白堊世熱河生物群的早期哺乳動(dòng)物化石標(biāo)本。這些化石不僅保存有清晰的黑素體印痕，還保存了揭示其生活和運(yùn)動(dòng)方式的趾骨特征。
通過(guò)對(duì)比化石標(biāo)本中的黑素體數(shù)據(jù)與現(xiàn)代哺乳動(dòng)物黑素體數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)，盡管這6種中生代早期哺乳動(dòng)物分屬于不同時(shí)代的不同支系，并具有不同的生活習(xí)性，但它們毛發(fā)中的黑素體形態(tài)相近，多樣性低，毛發(fā)顏色均為統(tǒng)一的深色。這一驚人的相似性或許源于它們都受到被捕食者的生態(tài)位和夜行性的限制，而現(xiàn)代哺乳動(dòng)物黑素體和體表顏色的多樣性可能是白堊紀(jì)大滅絕之后才演化出現(xiàn)的。
“深色毛發(fā)有助于哺乳動(dòng)物保暖，增強(qiáng)毛發(fā)韌性，減少摩擦損傷?！崩钊羲f(shuō)，“但更重要的是，深色提供了絕佳的隱蔽性。在恐龍占據(jù)主導(dǎo)地位的生態(tài)格局下，體形微小的早期哺乳動(dòng)物為盡可能降低被捕食的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)常晝伏夜出，而深色毛發(fā)有助于它們?cè)谝归g或陰暗環(huán)境中更好地隱藏自己?！?span style="display:none">ekw即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
“或許正因早期哺乳動(dòng)物大多是夜行生物，不具備良好的視覺(jué)能力，主要依賴嗅覺(jué)而并非視覺(jué)來(lái)交流和擇偶，所以未分化出復(fù)雜的體表顏色和花紋?！崩钊羲a(bǔ)充說(shuō)。
一塊手寫板，撐過(guò)科研難關(guān)
在6件化石標(biāo)本中，其中一件毛發(fā)印痕保存最完好的標(biāo)本代表了真賊獸類樹(shù)賊獸屬的一個(gè)全新物種——暗色樹(shù)賊獸。而重建暗色樹(shù)賊獸的牙齒3D模型，是這項(xiàng)研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。
2019年，李全國(guó)獲得了這塊化石。隨著研究的前期工作準(zhǔn)備就緒，2022年，李若霜暫緩手中的其它項(xiàng)目，從導(dǎo)師手中接過(guò)了這個(gè)課題。
剛拿到化石時(shí)，由于標(biāo)本被包裹在堅(jiān)硬的巖石層中，她的首要任務(wù)就是進(jìn)行化石鑒定——這是古生物學(xué)研究一項(xiàng)最傳統(tǒng)、基本的工作。
哺乳動(dòng)物種類的鑒定依賴于頭骨和牙齒。團(tuán)隊(duì)初步觀察發(fā)現(xiàn)，其牙齒特征或指向一個(gè)全新物種，因此需要借助高精度CT掃描，重建完整的3D模型，進(jìn)行詳細(xì)研究和鑒定。
然而，由于是第一次接觸鑒定哺乳動(dòng)物化石，對(duì)于當(dāng)時(shí)毫無(wú)3D建模經(jīng)驗(yàn)的李若霜而言，這無(wú)異于一場(chǎng)硬仗。面對(duì)復(fù)雜的軟件界面和齒尖形態(tài)，李若霜決定自己摸索。
她查閱各種文獻(xiàn)、軟件技術(shù)手冊(cè)，花費(fèi)了大量時(shí)間熟悉哺乳動(dòng)物齒尖形態(tài)、鉆研3D軟件操作。但半年過(guò)去了，CT重建結(jié)果依然無(wú)法達(dá)到理想效果。挫敗感和焦慮像暗流般悄然蔓延，逐漸吞噬著她的信心。
但李若霜不想輕易認(rèn)輸。在最迷茫的日子里，她買來(lái)了一塊白色手寫板，貼在一抬頭就能看見(jiàn)的辦公室墻壁上，用馬克筆抄下了許多鼓舞人心的格言警句。其中一句摘自《毛澤東選集》的經(jīng)典語(yǔ)錄——“我們的同志在困難的時(shí)候，要看到成績(jī)，要看到光明，要提高我們的勇氣”，在困頓中給予了她極大的激勵(lì)。
手寫板
“遇到難關(guān)的那段時(shí)間，我時(shí)常懷疑自己能否做好。直到讀到這段話，想到革命先輩曾經(jīng)面臨各種艱難的處境，但他們?nèi)匀话僬鄄粨?，通過(guò)努力奮斗獲得了成功。相比之下，我遇到的科研難題根本不算什么，困難一定是可以戰(zhàn)勝的?！彼嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
意識(shí)到單打獨(dú)斗的局限性后，李若霜決心不再閉門造車，而是向更專業(yè)的人求助。她首先聯(lián)系了學(xué)校CT室的老師，探尋如何解決高精度重建的問(wèn)題，隨后在導(dǎo)師的建議下去往北京蔡司實(shí)驗(yàn)室，借助該實(shí)驗(yàn)室最好的設(shè)備，解決了重建精度問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)當(dāng)天，由于疫情影響，她一度被送至郊區(qū)隔離。期間，李若霜將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)拷進(jìn)電腦，支起臨時(shí)工作臺(tái)，靜下心來(lái)認(rèn)真梳理思路，逐行檢驗(yàn)建模參數(shù)，琢磨如何繼續(xù)推進(jìn)研究。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間努力，原本困擾她半年的問(wèn)題迎刃而解，而暗色樹(shù)賊獸也成為了第一只被復(fù)原毛發(fā)顏色的中生代早期哺乳動(dòng)物。
暗色樹(shù)賊獸的化石標(biāo)本和牙齒3D模型圖
當(dāng)再次回憶研究的經(jīng)歷時(shí)，李若霜總結(jié)道：“遇到問(wèn)題一定要大膽地去問(wèn)。有時(shí)候，獲得指導(dǎo)的一兩句話，可能就是解開(kāi)困局的關(guān)鍵?！?span style="display:none">ekw即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
而她的那塊手寫板，如今已演變?yōu)檎n題組的一項(xiàng)傳統(tǒng)。組內(nèi)成員會(huì)自發(fā)地更新白板內(nèi)容——從毛主席語(yǔ)錄，到激勵(lì)人心的名言警句，甚至是一些鼓勵(lì)性的俏皮話，這塊白板已然成為了課題組成員們遇到科研困境時(shí)的“精神充電站”。
2024年8月30日，研究團(tuán)隊(duì)將論文投稿到《自然》編輯部。然而，9月4日，距離投稿日僅過(guò)去了5天，拒稿信赫然出現(xiàn)在了郵箱里。信中并未說(shuō)明具體原因，論文甚至未被送審，直接在初篩階段就被退回。
這個(gè)結(jié)果令團(tuán)隊(duì)成員深感受挫，但他們并未氣餒，而是迅速調(diào)整策略，2天后轉(zhuǎn)投了《科學(xué)》。
幸運(yùn)的是，這次投稿過(guò)程很順利，兩位審稿人給出了很有建設(shè)性的評(píng)價(jià)。在經(jīng)歷兩輪審稿后，論文最終于今年1月底被《科學(xué)》順利接收。
“硬著頭皮干就完了”
李若霜出生于新疆，2013年考入中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），一路從本科、碩士讀到博士。與那些早就確立科研方向的同行不同，直到讀博時(shí)，她才找到自己的科研興趣所在。
“起初，我并不想學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)?！彼寡裕拔易畛醺信d趣的專業(yè)其實(shí)是外國(guó)語(yǔ)言文學(xué)。”本科畢業(yè)時(shí)，她曾跨考這門專業(yè)，最終因失利，選擇繼續(xù)深耕地質(zhì)學(xué)。
選導(dǎo)師的過(guò)程也頗費(fèi)周章。由于對(duì)紫外線過(guò)敏，李若霜在選導(dǎo)師時(shí)格外謹(jǐn)慎。她仔細(xì)翻閱地質(zhì)系教授名單，試圖尋找無(wú)需長(zhǎng)期野外作業(yè)的導(dǎo)師。就在這時(shí)，李全國(guó)的名字引起了她的注意。
彼時(shí)，盡管李全國(guó)的招生名額已滿，但李若霜仍抱著一線希望，忐忑地敲開(kāi)了他的辦公室。她向他講述了自己的情況，也表達(dá)了自己對(duì)古生物研究的興趣。李全國(guó)經(jīng)過(guò)慎重考慮，決定破例接納她。自此，開(kāi)啟了他們長(zhǎng)達(dá)七年的師生之緣，而他也逐漸成為李若霜科研生涯中最重要的引路人。
回憶最初指導(dǎo)李若霜的經(jīng)歷，李全國(guó)坦言：“一開(kāi)始，我還擔(dān)心有些科研任務(wù)她無(wú)法勝任?！钡芸彀l(fā)現(xiàn)，“她做事非常認(rèn)真，也肯鉆研，并且英語(yǔ)能力出色，文獻(xiàn)讀得也很多”。
這份積極性和主動(dòng)性，正是李全國(guó)最欣賞李若霜的地方。漸漸地，他將重要任務(wù)交給她，包括南極科考這樣的關(guān)鍵項(xiàng)目。對(duì)于這項(xiàng)最新發(fā)表的研究，他則是全權(quán)放手交給李若霜，而李若霜也沒(méi)有辜負(fù)導(dǎo)師的信任，用行動(dòng)證明了自己。
在李若霜的印象中，李全國(guó)是一位“不設(shè)限”的導(dǎo)師?！袄罾蠋煹膶W(xué)術(shù)風(fēng)格極為自由。他的研究涉獵廣泛，總是給予學(xué)生最大程度的自由探索空間，并且常常提出發(fā)人深省的問(wèn)題，引導(dǎo)我們進(jìn)行深層次的思考，而不是接受現(xiàn)有的答案?！?span style="display:none">ekw即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
李若霜認(rèn)為，“科研的魅力源于它沒(méi)有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)答案。我們探索的是知識(shí)的邊界，這是科研艱難的根源之一，但同時(shí)激勵(lì)著人們不斷地去嘗試，收集盡可能充分的數(shù)據(jù)和證據(jù)，以接近最真實(shí)的情況?！?span style="display:none">ekw即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
得益于導(dǎo)師創(chuàng)造的自由、包容的學(xué)術(shù)環(huán)境，李若霜能在多個(gè)方向自由探索。從細(xì)菌化石、植物化石到脊椎動(dòng)物化石。在不斷嘗試與試錯(cuò)中，她體會(huì)到了古生物學(xué)的復(fù)雜和有趣，最終選擇了這條“通向熱愛(ài)”的路徑。
在李若霜看來(lái)，自己并不是傳統(tǒng)意義上的“天選科研人”，而是在“治愈與崩潰之間反復(fù)橫跳”的科研日常中成長(zhǎng)起來(lái)的?！坝袝r(shí)候，一個(gè)想法剛冒出來(lái)就興奮得不行，以為找到了關(guān)鍵突破。可查文獻(xiàn)一看，別人早就做過(guò)了，又瞬間沮喪、備受打擊?！?span style="display:none">ekw即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
她認(rèn)為，做科研的過(guò)程像是一種持續(xù)的捶打與鍛煉。也正是在這種熱脹冷縮式的起伏反復(fù)中，她逐漸建立起一種硬核的科研心態(tài)——“硬著頭皮干就完了。不會(huì)沒(méi)關(guān)系，沒(méi)辦法就學(xué)，學(xué)會(huì)了就好了。”如今，這句話也成了她的科研信條，提醒她隨時(shí)準(zhǔn)備好，勇敢地迎接下一個(gè)未知的挑戰(zhàn)。
談及未來(lái)，李若霜希望重啟此前參與的南極項(xiàng)目，并將其推進(jìn)至完成。今年6月，李若霜即將博士畢業(yè)，她計(jì)劃留校繼續(xù)博士后研究。她認(rèn)為，自己的科研水平仍有提升的空間，因此希望進(jìn)一步鍛煉自身能力，更好地適應(yīng)科研工作的節(jié)奏與要求。
“我并不是那種會(huì)為自己設(shè)定一個(gè)遠(yuǎn)大目標(biāo)，并一定要達(dá)成的人?！崩钊羲f(shuō)，“相反，我更傾向于認(rèn)為未來(lái)是不受限的，它充滿各種可能性。我愿意在合適的時(shí)機(jī)去嘗試合適的事情。”
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.ads9734
*本文圖片均為受訪者提供
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