毛方園：探索哺乳動(dòng)物進(jìn)化的奧秘

都芃

毛方園。 圖片|科技日?qǐng)?bào)

2018年底，在美國(guó)紐約一間不大的公寓里，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員毛方園度過了她最難忘的一個(gè)圣誕節(jié)。

彼時(shí)，她正在美國(guó)自然歷史博物館從事博士后研究工作。她要攻克的，是被譽(yù)為哺乳動(dòng)物古生物學(xué)“圣杯”的哺乳動(dòng)物中耳漸進(jìn)演化問題。

“古生物學(xué)家認(rèn)為，哺乳動(dòng)物中耳內(nèi)的3塊聽小骨是從爬行動(dòng)物的下頜關(guān)節(jié)骨演化而來的?！泵綀@向記者介紹，從達(dá)爾文時(shí)代開始，哺乳動(dòng)物咀嚼器官和聽覺器官的分離過程就一直是個(gè)謎。哺乳動(dòng)物的遠(yuǎn)古祖先曾擁有一體化的聽覺和咀嚼結(jié)構(gòu)，但在此后演化中為了適應(yīng)自然選擇，提高兩者的工作效率，它們出現(xiàn)了分離。分離過程究竟是怎樣的？古生物學(xué)家一直沒能給出確切答案。

由于缺少完整、清晰的化石證據(jù)，關(guān)于哺乳動(dòng)物中耳漸進(jìn)演化的假說，終究只能停留在假說階段。直到毛方園等人的研究成果出現(xiàn)，這一漸進(jìn)演化過程終于被“呈現(xiàn)”出來。

去往美國(guó)前，一次偶然的機(jī)會(huì)，毛方園得到了采自距今約1.24億年早白堊世遼寧熱河生物群的李氏源掠獸化石。拿到化石后，毛方園和合作者對(duì)其進(jìn)行了初步的CT掃描，結(jié)果令她很興奮，“我們大致看到了它里面的中耳形態(tài)”。

僅是大致形態(tài)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要拿出能夠令學(xué)界信服的證據(jù)，高精度CT掃描是第一步?！叭绻麙呙杈缺容^低，可能就不足以區(qū)分出不同的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致在復(fù)原過程中留有很多空白，只能依靠人的想象去填補(bǔ)。這就會(huì)使最終結(jié)果不夠準(zhǔn)確，說服力也不強(qiáng)?！彼f。

借助顯微斷層掃描儀，毛方園將掃描精度控制在了5微米以下。當(dāng)一張張清晰的掃描圖片呈現(xiàn)在她眼前時(shí)，她心潮澎湃。

不過，掃描得到的僅是一張張切片圖，只有在這些單層的切片之上，一層層地復(fù)原出標(biāo)本原有的三維形態(tài)，才能給出最直觀的證據(jù)。

從圣誕節(jié)前開始，一直到元旦后，毛方園將自己“關(guān)”在了公寓里。守著面前的筆記本電腦，她開始一點(diǎn)點(diǎn)復(fù)原標(biāo)本。經(jīng)過一筆又一筆的細(xì)心勾勒，切片圖上“長(zhǎng)”出了立體的形態(tài)，1.2億年前的生物就這樣在毛方園的筆下“復(fù)活”了。“那種感覺就像遠(yuǎn)古生物活生生地呈現(xiàn)在你面前?！彼貞浀馈?/p>

“李氏源掠獸的多件標(biāo)本首次展示了一個(gè)關(guān)鍵特征，即聽骨與麥?zhǔn)宪浌侵g無骨質(zhì)連接，這意味著它的聽覺與咀嚼器官已完全分離?！泵綀@說，這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了過渡型中耳和典型哺乳動(dòng)物中耳在演化過程中表型特征的空缺。2019年12月，《科學(xué)》在線發(fā)表了毛方園等人關(guān)于李氏源掠獸的研究成果。該成果也入選“中國(guó)古生物學(xué)2020年度十大進(jìn)展”，并位列首位。

直到讀博，毛方園與早期哺乳動(dòng)物才算正式“碰面”。她本科階段學(xué)的是地質(zhì)學(xué)，讀研時(shí)在中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)與古生物研究所攻讀孢粉學(xué)碩士學(xué)位。2008年，研二的暑假，毛方園來到內(nèi)蒙古二連盆地進(jìn)行地質(zhì)考察，她要進(jìn)行孢粉采樣，并依據(jù)采集到的樣品，分析古環(huán)境的植物組成和氣候變化，判定地層沉積時(shí)間。

在二連盆地的戈壁上，漫天的沙塵、一望無盡的荒漠不僅沒有“勸退”這位南方姑娘，反而將她迷住。

“相比坐在實(shí)驗(yàn)室，我更喜歡在野外探索。”毛方園在那時(shí)決定讀博，并將研究方向轉(zhuǎn)向與野外打交道更多的古脊椎動(dòng)物學(xué)，而那次帶隊(duì)考察的老師、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王元青，后來成了毛方園的博士生導(dǎo)師。

毛方園不喜歡循規(guī)蹈矩。讀博時(shí)，她總愿意獨(dú)辟蹊徑，曾嘗試將一些新的研究方法引入早期哺乳動(dòng)物研究中。

“比如，我們?nèi)祟惖难例X和爬行動(dòng)物的牙齒就很不一樣。我們只換兩代牙，我們的牙齒非常堅(jiān)固，可以咀嚼各類食物。因?yàn)槲覀冄例X里有個(gè)結(jié)構(gòu)叫釉柱，它可以增強(qiáng)牙齒的韌性。”毛方園試圖將這一重要的分類特征應(yīng)用到對(duì)早期哺乳動(dòng)物的研究中，探索其功能意義。

這種方法在古人類學(xué)研究中用得比較多，但在早期哺乳動(dòng)物研究中應(yīng)用較少。由于缺少前人經(jīng)驗(yàn)，毛方園只能自己翻閱文獻(xiàn)，請(qǐng)教古人類學(xué)專家，自己摸索著解決問題?！拔蚁氲狞c(diǎn)子確實(shí)不少，但能實(shí)現(xiàn)的還是少數(shù)?！泵綀@打趣道。

毛方園還喜歡接觸、學(xué)習(xí)新的技術(shù)?！艾F(xiàn)在古生物學(xué)已經(jīng)成為多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，很多東西都要了解一點(diǎn)。至少要知道它大致的基本原理，你才能明白怎樣達(dá)到想要的效果?！彼f。

如今，毛方園又將目光投向了大數(shù)據(jù)與人工智能，她希望通過與其他領(lǐng)域?qū)W者合作，建立標(biāo)本的三維數(shù)據(jù)庫，借助深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化石部分生物特征的自動(dòng)識(shí)別、表型組和基因組的聯(lián)合，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)演化過程。

毛方園一年中有兩三個(gè)月的時(shí)間在野外考察。作為一名女性科技工作者，她在野外并不會(huì)受到過多“優(yōu)待”。

“比如，我們所的女科學(xué)家有時(shí)需要和男同事一起到煤礦礦井中去尋找化石標(biāo)本。等到上來時(shí)，所有人的臉都漆黑，分辨不出男女了?！泵綀@告訴記者，在野外，大家不分男女，都干一樣的活，“男同胞有時(shí)會(huì)在一定程度上照顧女同事，大家相互協(xié)作”。

野外環(huán)境艱苦，但毛方園并不覺得辛苦?！拔矣X得，做一件事辛不辛苦，不是由外在條件決定的，而是在于你喜不喜歡它?！彼f，在荒野中尋找化石，在實(shí)驗(yàn)室拼接、修復(fù)化石，在設(shè)備上觀察、復(fù)原化石，在計(jì)算機(jī)前討論、研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果……這些工作看似艱辛，她卻樂在其中。

作為一名女性科技工作者，毛方園并不回避女性可能在科研事業(yè)發(fā)展中遭遇的困境。她曾見過優(yōu)秀的女性科技工作者因?yàn)榧彝ピ虮黄确艞壙蒲械缆?，也在野外考察時(shí)見到帶孩子一起工作的母親。

她表示，目前我國(guó)相關(guān)評(píng)價(jià)機(jī)制、獎(jiǎng)勵(lì)政策等，對(duì)于女性科技工作者已有了相應(yīng)傾斜，很大程度上緩解了女性在科研事業(yè)發(fā)展中遭遇的瓶頸。

毛方園希望，社會(huì)能夠給予女性科研人員更多支持。她相信，未來在一系列制度政策的支持下，女性將為我國(guó)科技事業(yè)發(fā)展作出更多的貢獻(xiàn)。

◎ 來源｜科技日?qǐng)?bào)