圖為在云南省昆明市晉寧區(qū)梅樹村地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一塊化石，黑點為一種名為軟舌螺的古生物。新華社記者 陳欣波攝

劉煜在工作中。圖源：“云大青年”公眾號

在云南省玉溪市澄江化石地世界自然遺產(chǎn)博物館拍攝的奇蝦化石。新華社記者 陳欣波攝

(相關(guān)資料圖)

在一臺顯微CT設(shè)備前，穿白大褂的劉煜儼然一位醫(yī)生，只不過他要面對的不是病人，而是穿越5億多年歷史的古生物化石。

將CT掃描應(yīng)用在寒武紀(jì)化石研究上，劉煜做出了探索。

揭開等刺蟲化石的形態(tài)秘密

劉煜今年43歲，2016年從德國歸國后在母校云南大學(xué)工作，目前擔(dān)任教育部“云南重大生物演化事件及古環(huán)境”國際合作聯(lián)合實驗室中方副主任、云南省古生物研究重點實驗室主任、云南大學(xué)古生物研究院副院長。

前段時間，由云南大學(xué)古生物研究院、澄江化石地世界自然遺產(chǎn)博物館、美國哈佛大學(xué)研究人員組成的國際科研團隊，運用顯微CT斷層掃描等先進技術(shù)手段，給寒武紀(jì)節(jié)肢動物——等刺蟲拍出了多張較為完整的CT片，為學(xué)界研究節(jié)肢動物的早期演化提供了新的形態(tài)學(xué)證據(jù)。

一直以來，節(jié)肢動物的起源與演化都是學(xué)界研究熱點。等刺蟲是生活在約5.2億年前寒武紀(jì)時期一類干群節(jié)肢動物，是研究節(jié)肢動物早期演化的絕佳對象，但一直以來，由于等刺蟲寬大的殼瓣覆蓋住了整個身體，古生物學(xué)家僅憑肉眼和光學(xué)顯微鏡難以觀察到殼瓣下的細節(jié)。

“就像是醫(yī)院給病人拍CT一樣，我們給化石拍CT，通過X光穿透石頭后，把保存在石塊表面和內(nèi)部的信息一并提取出來，經(jīng)過計算機處理得到接近完整的三維信息?！眲㈧险f。

研究表明，等刺蟲的前附肢及其后的14對附肢已出現(xiàn)明顯的形態(tài)和功能分化。其中，前附肢為單肢型，由多個連接在一起的肢節(jié)組成，肢節(jié)背面有簇狀尖刺，能有效捕捉獵物。緊接前附肢后的4對附肢，肢節(jié)粗壯、內(nèi)側(cè)有成對的刺、末端呈鉤狀，可對捉到的獵物做進一步肢解處理，以有效進食。后部10對軀干附肢，內(nèi)肢分節(jié)多、缺少內(nèi)側(cè)的刺和末端爪，外肢發(fā)達、有成列排布的多個片狀結(jié)構(gòu)。

“通過這些CT數(shù)據(jù)，我們可以清晰地看到等刺蟲的外形細節(jié)，據(jù)此推斷，等刺蟲的前附肢及其后的4對附肢形成了功能性的頭部，而軀干附肢為運動附肢，有游泳和爬行功能。”劉煜說。

研究“地球的歷史”

2006年，26歲的劉煜遠赴德國烏爾姆大學(xué)攻讀博士學(xué)位。3年后，博士畢業(yè)的他在德國慕尼黑大學(xué)從事教學(xué)研究工作。2016年上半年，劉煜通過了德國教育系統(tǒng)最高級別的教學(xué)及科研考核，具備在德語區(qū)任一高校申請終身全職教授的資質(zhì)。

但劉煜做出了一個重要決定：回國。

這一年9月，劉煜回到云南大學(xué)，擔(dān)任古生物研究重點實驗室常務(wù)副主任。對他來說，這個團隊并不陌生，有一直支持自己的老師，澄江古生物化石群的發(fā)現(xiàn)者——侯先光研究員，還有昆明周邊非常豐富的寒武紀(jì)化石資源。

“這些都是吸引我回國搞研究的主要因素，讓我很心動?！眲㈧匣貞洝?/p>

早在德國學(xué)習(xí)工作期間，劉煜就對澄江化石做了CT掃描的嘗試，摸索出一套可以清晰呈現(xiàn)澄江化石微米級別的三維細微結(jié)構(gòu)的技術(shù)路線。“以前無論用針修還是畫圖等方法，都只能從化石表面看到二維的信息，通過顯微CT技術(shù)可以呈現(xiàn)出近乎完整的、三維立體的動物?！彼f。

“我們做古生物研究，沒有材料就什么都做不了。而從地質(zhì)歷史時期一直到現(xiàn)在，云南都一直孕育著生物多樣性，擁有大量保存較好并有重大科研意義的化石?！币幌氲交卦颇献鲅芯浚剿鞯厍虻臍v史，劉煜非常興奮。

讓澄江化石研究走向深處

回國后，劉煜將當(dāng)時國際生物學(xué)研究領(lǐng)域中最前沿的熒光顯微鏡、電子掃描顯微鏡和顯微CT等先進研究手段和方法，引入澄江動物群化石標(biāo)本的研究當(dāng)中。

利用顯微CT掃描結(jié)合計算機三維建模和虛擬切割技術(shù)，不僅可以觀察到被圍巖包埋或被動物化石的其他結(jié)構(gòu)覆蓋的、用鋼針手工處理難以展露的精細構(gòu)造，詳細了解寒武紀(jì)早期各種動物的形態(tài)細節(jié)，而且還最大限度保護澄江化石的完整性，使它們在研究過程中盡可能少地遭受人為破壞。

侯先光說，顯微CT技術(shù)讓曾經(jīng)嵌在石頭當(dāng)中的標(biāo)本從二維變成了更加立體直觀的三維，從化石上提取的信息量也比原先的30%提升了2-3倍。

2016年，劉煜團隊報道了呈三維立體保存的2毫米無節(jié)幼蟲類節(jié)肢動物的最早化石記錄。在澄江化石群長達30多年的研究歷史中，這樣的研究尚屬首次。

先進技術(shù)的運用讓澄江化石研究從以往的廣度轉(zhuǎn)向深度發(fā)展。2021年11月3日，團隊?wèi){借“寒武紀(jì)特異保存化石與節(jié)肢動物早期演化”項目獲得2020年度國家自然科學(xué)獎二等獎。劉煜覺得，自己的努力是值得的。

不久前，劉煜剛剛結(jié)束為期三周的英國學(xué)術(shù)交流活動。他說，讓國際同行紛紛點贊的是，中國在古生物研究方面不僅有一流的材料、設(shè)備和學(xué)術(shù)環(huán)境，還形成了具有相當(dāng)國際影響力的老中青人才梯隊，正持續(xù)產(chǎn)生原創(chuàng)性學(xué)術(shù)研究成果。

（據(jù)新華社電）