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        蔡晨陽:給昆蟲寫“家譜”

        科技日報 2021-02-22 作者:金 鳳

          

          蔡晨陽

          蔡晨陽在展示侏羅紀中期道虎溝生物群中的眼甲化石 本報記者 金鳳攝

          “全世界有那么多種的昆蟲,它們分布在很多地方。我希望弄清楚的是,它們是如何與環境相處的?又是如何一步步演化的?我們又該如何利用這種演化規律來保護生物多樣性?而保護生物多樣性,也就是保護人類自身。”

          中國科學院南京地質古生物研究所研究員

          記者見到蔡晨陽時,這位中國科學院南京地質古生物研究所(以下簡稱南古所)研究員正在埋頭搗鼓手中幾個昆蟲標本,絲毫沒有察覺有人靠近。

          前不久,蔡晨陽聯合中國、捷克、英國的古生物學者,在1億年前的緬甸琥珀中發現一種原始的螢火蟲祖先。與現在多數螢火蟲為求愛而發光不同,這種“老祖宗”級螢火蟲發光,可能是為了防御和自保。相關研究成果已于今年1月發表在學術期刊《皇家學會會刊—生物輯》上。

          今年33歲的蔡晨陽就像福爾摩斯一樣,手拿放大鏡“破譯”一塊塊昆蟲化石中蘊藏的“生命密碼”。近年來,他聯合中外研究者發現了侏羅紀中期葬甲蟲是已知最古老的大自然“清道夫”;論證了早白堊世蘑菇的多樣性,并將蘑菇的演化歷史向前推了2500萬年;此外,他們還找到了目前世界已知最早的澳洲蕈甲為蘇鐵傳粉的證據。

          “全世界有那么多種的昆蟲,它們分布在很多地方。我希望弄清楚的是,它們是如何與環境相處的?又是如何一步步演化的?我們又該如何利用這種演化規律來保護生物多樣性?而保護生物多樣性,也就是保護人類自身。”蔡晨陽說。

          靠耐心采到人生首塊化石

          走進蔡晨陽的辦公室,順手拿起一塊石板,便會與昆蟲不期而遇。這些“飽經滄桑”的碎片中,昆蟲的樣貌栩栩如生,讓人覺得生命不曾遠去。

          蔡晨陽的科研之旅,是從找化石開始的。2010年,考取南古所的研究生后,蔡晨陽便利用大四的“尾巴”,跟著“準導師”、南古所研究員黃迪穎到野外采集化石。

          那是蔡晨陽第一次接觸真實的化石。在山東臨沂、云南尚勇地區,他跟著黃迪穎,每天揣一把錘子,先將一整塊頁巖敲下來,再將其逐層劈開,看里面是否藏著化石。但大多數時候,他們會無功而返。每天重復著同樣的動作,但蔡晨陽絲毫沒覺得無聊,反而覺得很有趣。

          “一般在同一個地點,我們一待就是幾小時,但只要有耐心不放過每一塊石頭,總會有收獲。”在臨沂,蔡晨陽收獲了人生的第一塊化石。從那時起,他便知,做古昆蟲演化研究,要有點吃苦精神,更要有耐心。

          蔡晨陽所言非虛。有一次,他跟隨黃迪穎赴遼寧省北票市附近的化石點進行野外考察。每天他們要先搭車到位于北票市的海豐村,再從村里步行40分鐘爬到山上,路途頗為周折,但那次的收獲頗豐,他們找到了侏羅紀中晚期的雙翅、鞘翅目昆蟲。事后證明,這批化石與分布于內蒙古的中侏羅世道虎溝生物群的生物種類面貌是一致的。

          “蔡晨陽好學、能鉆研,有研究潛力,而且執行力很強。”說起愛徒,黃迪穎滿是贊美之詞。

          讀研后,蔡晨陽很快便進入研究狀態,然而入之愈深,其進愈難。

          世界上有6.5萬種32個亞科的隱翅蟲,但中國可能只有20多個亞科,想要全面了解隱翅蟲,就得放眼世界。后來,他得到美國菲爾德自然歷史博物館(以下簡稱博物館)訪問學者獎學金的資助,赴該館研究。

          “在博物館里,我看到了大量的隱翅蟲針插標本、玻片標本,借此我就能全面地了解隱翅蟲的歷史樣貌。”蔡晨陽說,離開美國前,博物館的一對研究員夫婦還慷慨地將自己收集的500G的研究文獻一并拷貝給他。這讓他受用至今。

          隨后,蔡晨陽又在哈佛大學恩斯特·邁爾基金的資助下多次赴美國、法國、瑞士和澳大利亞的博物館和科研院所進行訪問交流并開展合作研究,這為他后續的研究奠定了堅實的基礎。

          研究昆蟲與環境的關系

          “目前,我遇到的研究難點是,不僅要研究昆蟲化石本身,而且要利用先進的實驗技術和分析手段,研究昆蟲與環境的關系,以揭示重要生態關系的早期起源和演化。”蔡晨陽說。

          在發現澳洲蕈甲這種昆蟲與蘇鐵相伴相生后,蔡晨陽更加篤定這一研究思路的正確。

          蘇鐵這類古老而獨特的裸子植物,在中生代極其繁盛,在中生代中晚期的陸地生態系統中占據主導地位。長期以來,人們對蘇鐵類植物傳粉模式的起源和早期演化知之甚少,闡釋蘇鐵傳粉演化歷史的直接化石證據也極其罕見。

          蔡晨陽和同事發現,現生的澳洲蕈甲只分布在澳大利亞西南部,主要吃澤米科蘇鐵的花粉,并協助其傳粉。更為有趣的是,他們還發現,生活在南非東南部的澳洲蕈甲也是非洲蘇鐵的主要傳粉者。所以他們結合標本判斷,在岡瓦納大陸徹底裂解之前,即1.67億年之前,澳洲蕈甲就在為蘇鐵傳粉了。

          蔡晨陽說,更重要的是,在顯微鏡下,研究團隊還在這枚澳洲蕈甲琥珀標本中發現了許多微小的蘇鐵花粉簇。結合地球板塊運動的歷史,他們認為,澳洲蕈甲與蘇鐵之間傳粉關系的建立不晚于侏羅紀早期,遠早于被子植物及其傳粉者的起源和興盛時間。

          “生物多樣性是人類賴以生存和發展的基礎,這項研究啟發我們,在自然狀態下的蘇鐵繁殖離不開澳洲蕈甲傳粉,在保護珍稀物種——蘇鐵的同時,也要重視保護它的傳粉者及其所處的生態環境,以此來保護生物多樣性。”蔡晨陽說。

          用分子系統學搭建“生命樹”

          眼下,蔡晨陽正專注于用分子系統學的方法,構建昆蟲演化的“生命樹”——昆蟲的“家譜”。

          “想知道昆蟲的‘家譜’嗎?”蔡晨陽拿起兩塊昆蟲化石向記者解釋道,“選取現生昆蟲代表物種的成百上千個基因片段,結合分析軟件,構建出昆蟲的譜系關系圖,再用化石給出的時間線索來校準,就能推斷昆蟲的演化歷史。”

          不過新開啟的研究方向,曾令蔡晨陽痛苦不堪,“熬夜”與“焦慮”一度塞滿他的生活。2018年到2020年,他受牛頓國際學者基金資助,赴英國布里斯托大學做研究,學習用分子系統學和分子鐘的方法,再結合化石,研究古生物昆蟲的演化歷史。

          “這對我來說,是一個全新的領域,需要閱讀海量的文獻,再從中找規律、發現問題、解決問題,這個過程很折磨人。”蔡晨陽說。

          不過,這段熬人的經歷也讓他迅速成長。2020年12月底,蔡晨陽團隊在《古昆蟲學》雜志上發表的一篇文章稱,他們通過挖掘開源組學數據和發育基因組學分析發現,跳蚤是一類特化的蝎蛉,并將蚤目降級為長翅目的一個次目。這意味著現生完全變態類昆蟲將從11個目減少為10個目。同時,他們證明了跳蚤從吸食植物花蜜的長翅目祖先演化而來,最終成為如今吸食脊椎動物血液的寄生蟲。

          “那是我進步最快的一段時間,也讓我對新領域的研究充滿信心。”蔡晨陽說。

          與蔡晨陽相處了10年的黃迪穎感嘆,蔡晨陽的文獻閱讀量非常大,而且他經常能從文獻中發現其中隱藏的科學問題。

          南古所博士二年級學生付衍哲剛剛入所時,就跟著蔡晨陽學習如何打磨處理琥珀標本,與蔡晨陽相處的那段時間,兩人總是從早上忙到晚上11點,常坐末班車回宿舍休息。

          現在,一旦在科研上遇到坎兒,付衍哲也總喜歡向蔡晨陽討教。“他會幫我出主意,而且他的工作效率特別高,往往目標明確、心無旁騖。”付衍哲說。

          現在的蔡晨陽,已升級為奶爸。他每晚都會給女兒講恐龍、昆蟲、植物方面的繪本,陪伴孩子成長。

          “我要努力讓更多化石說出自己的‘秘密’,嘗試把生物演化的故事講給大家聽。”蔡晨陽說。

        責任編輯:王超

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