人物｜专访朱茂炎：用31年“穿越”寒武纪，努力破解达尔文困惑

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【本期人物】

朱茂炎

中科院南京地质古生物研究所研究员

中国科学院大学和南京大学教授

国际地层委员会成冰系分会主席

德国哥廷根科学院外籍院士

高小山说

1984年，中科院南京地质古生物研究所的科学家们在云南发现了“澄江动物群”，将“达尔文的困惑”推向顶峰。

本文专访地质古生物科学家——朱茂炎，自2004年起，他领导的寒武纪大爆发研究组长期坚持开展云南澄江动物群的化石发掘工作。

十几年间，他的课题组采集了数万块化石标本，在澄江动物群和寒武纪大爆发研究领域做出了诸多引起世界关注的研究成果，包括近期澄江动物群中6块非常罕见的“过渡性化石”（兼具祖先及其后代特征形状的生物化石）的重大发现。

那么，这样一位钟情古生物的科学家是如何走上科研道路，又为何选择寒武纪这个特定时期开展研究呢？他怎么看待当下古生物学科的年轻人培养呢？

今天，让我们一起走近这位地质古生物学家，了解一代地质人的坚持和努力。

林中有两条路

学地质，是朱茂炎在高中一个偶然的契机下萌发的想法。

朱茂炎的高中就读于安徽省安庆市望江县第二中学，学校坐落于县城东的白虎山头，是一个很老的校区——“回龙宫”，始建于明朝万历年间。

由于离城几里地，白虎山头又有很多古树和老房子，并保留了一片树林，学校环境优美，十分安静。上学期间，每天吃完晚饭至晚自习之间是一个放松心情的课余时段，朱茂炎便常常和同学到学校树林里散步。

望江县在长江的北面，尽管有一些丘陵，但基本上是一个平坦的围垦区。与之对应的江南则群山俊秀。有一天傍晚，刚刚雨过天晴，空气能见度非常高，朱茂炎说：“散步时看见对面江南的群山好美好美，我从来没爬过山，就与一起散步的同学说‘咱要是能到大山里爬爬山，走走路该有多舒服、多得劲！’”

一起散步的同学则对他说：“你这个简单，以后你上大学就学地质，搞地质的人天天爬山。”

就是这样不经意的一句话，却在朱茂炎心里生了根，这种好奇心也成为他选择走向地质学最原始的动机。那时候的朱茂炎觉得，如果能天天爬山，那该是一件多美好的事情啊。

1981年，朱茂炎如愿考进了远在东北的长春地质学院。他至今仍记得大学录取通知书上写着：“欢迎你，未来的地质工程师”。“这句话，对那时候的我很神圣。”他说。

由于长春远在东北，父亲认为那里天气太冷，吃的也是高粱玉米，坚决反对。为坚持梦想，朱茂炎不顾父亲反对，背着家里为防寒准备的、足有14斤重的棉被，坐了近三天的火车，提前一个礼拜到了长春地质学院报到，开始了自己的“地质生涯”。

但真正开始地质课程学习之后，朱茂炎发现要吃的苦头比他想象中多得多。不过，他依然选择了一路坚持，并选择地质学中最基本的古生物学作为主攻专业方向，先是考取了本校研究生，后又到中国科学院南京地质古生物研究所读博士。

直到1992年，朱茂炎博士毕业，他也真正站在了人生的岔路口。因为在90年代初期，市场经济、包括期货等新兴市场在国内兴起，给原有的社会分工和职业选择带来了巨大的冲击，地质工程师和科研也变得不再那么神圣。那时，很多和朱茂炎差不多年龄的人纷纷选择考托福、GRE出国留学，学地质的同学纷纷改行，朱茂炎也面临很多新的选择。

图一：1990年，朱茂炎和同学发掘澄江化石（右二）

不过深思熟虑之后，朱茂炎最终选择坚定地走地质古生物之路，并将研究方向聚焦在“澄江动物群”——它的发现和研究在上个世纪90年代是整个中国科学界一个最大的亮点。

这是一条在当时并不算主流的道路。

不过朱茂炎说：“那时候，基本一切都是自己摸索着、经历着，一步步向前走。现在回头看，我觉得我是幸运的，就像生物演化一样，它有不同的机遇和方向。尽管社会上别人总有这样或那样的看法，但是只要人能按照自己的想法去做自己的事情，我觉得这就足够了。而我抓住了机会，做了自己想干的事。”

抓住“寒武纪”

1984年，古生物学家侯先光在云南澄江的帽天山发现了保存精美的寒武纪动物化石群——“澄江动物群”。朱茂炎的博士生导师陈均远先生从一开始就与侯先光合作，展开了澄江动物群的化石发掘和研究工作。

1989年，开始读博士的朱茂炎研究方向初步选择的是与“奥陶纪”有关的研究，“奥陶纪”比“寒武纪”要晚一个地质时代。在一次做博士论文选题讨论时，导师陈均远建议他也试试是否可以开展澄江动物群的研究。朱茂炎选择先去澄江探探化石的保存和研究潜力再做决定。短短2个月的时间，他几乎发现了过去前人在澄江生物群中发现的所有化石类别，澄江生物群的化石保存和研究潜力令朱茂炎震惊。

于是，朱茂炎将博士论文定为“澄江动物群的埋藏学”，开始了寒武纪大爆发的研究。真正做下去之后，他发现这个课题越做越重要，越做越有更多问题，他的研究方向和视野也越来越宽，从这个选题里完全脱不开身了。

朱茂炎说：“澄江动物群的研究跟一般的古生物研究完全不一样，一般的古生物学研究是发现化石，然后进行描述，命名新发现的物种。但澄江动物群中的化石能回答生物进化中的本质问题，它不是简单的一个物种到另一个物种的演化问题，而是整个地球复杂生命的快速起源演化问题。”

90年代，可以说中国科学界甚至整个世界科学界都在关注澄江动物群的研究。

90年代初期，《Nature》杂志的封面文章和美国《国家地理》对澄江化石群的专题报道，引起了全世界的高度关注，《纽约时报》的评论认为澄江化石群的发现是“20世纪最惊人的发现之一”。

随后在《Science》和《Nature》上发表的一系列重大化石发现，得到美国的《时代周刊》、《Discovery》，德国“明镜周刊”以及世界各地媒体的争先报道。

时任中国科学院院长的周光召先生对寒武纪大爆发的研究非常重视和支持，他认为自然界的很多规律就像生物演化一样，有很多偶然性，一些快速的偶然变化可能决定了整个事物的本质。他强调，澄江生物群已经不是一般意义上的一个发现，它对其他学科也有很多借鉴和启示意义。

在这样浓烈的关注氛围下，朱茂炎自己也越来越沉浸在寒武纪的研究中，一做就是几十年。即便期间发表了多项重要发现和成果，但朱茂炎一直不忘反思自己研究中存在的问题和需要提高改进的地方。

图二：2000年，加拿大洛基山区发掘布尔吉斯页岩化石

为此，朱茂炎长期致力于国内外合作，希望从多科学交叉的角度开展寒武纪大爆发的研究。从2000年开始，几乎每一年，朱茂炎都要召集国内从事这一领域研究的相关人员召开学术交流会，目的是促进科学交叉，培养人才。现在我国这方面的人才队伍已经发展壮大，从原来的30人左右扩大到将近200人。

图三：2015年，中英合作研讨会（南京）

朱茂炎提到，他与国外团队合作时，英方团队在利用数学模型辅助分析地球与生物演化中具有巨大优势，而在中国这样的人才特别少。

“研究到了一定程度要做很多数学模型，我们地球科学，特别是开展地质时期地球与生命演化方面的数学模型研究确实很欠缺。我国很多做模型的人才大部分是在做现代地球的研究，比如与大气相关的气候模型，这些大型复杂模型用到地球历史的研究中不可行。我们只能通过国际合作，不断地向国外同行学习。”朱茂炎说。

图四：2010年中德合作项目10周年学术交流会

与国外团队合作时，朱茂炎常常有意识地提携年轻人，他一直希望在短板方面培养出中国自己的年轻人才，把一些欠缺尽快补上。他强调说：“独立行走特别重要。”

为了从更长的时间维度来探讨演化，也为了回答寒武纪大爆发之谜，朱茂炎把自己的研究维度从距今约5亿年前的寒武纪，不断延伸追溯到了6亿年、7亿甚至8亿年前。

实际上，近些年朱茂炎的课题组还开展了华北燕山地区16亿年前的化石研究，不仅发现了全球最早的真核生物群，还发现了个体达到30厘米以上的大型多细胞生物化石，将宏观多细胞藻类生物的最早记录提前了将近10亿年，受到国内外学术界高度关注。

除生物化石外，朱茂炎还从整个地球的演化角度探讨生物演化的奥秘，他说：“地球是一个系统，生命的演化脱离不了地球系统的演变，所以要做很多学科交叉研究。”

在朱茂炎看来，做地球系统的演化研究要有全球视野，他的课题组把研究从中国的华南、华北和塔里木盆地，拓展到俄罗斯西伯利亚、蒙古、摩洛哥等地。甚至把地球放在太阳系和宇宙的角度来看，朱茂炎强调：“这之间也存在相互作用的关系，如果不探讨这些关系，我们的认识永远不全面”。

图五：2018年3月，巴基斯坦北部野外考察

为此，朱茂炎现在仍坚持在全世界各地开展访问研究，且常常深入到野外甚至无人区寻找化石的踪迹。

除此之外，朱茂炎也很关注科学教育、科普教育。

贵州瓮安县北斗山磷矿中发现了大量距今6亿年前的动物胚胎化石，这些化石保存细胞核等亚细胞结构，是全球研究动物起源和早期演化历史独一无二的窗口。然而，这样重要的世界遗产没有得到关注和保护。2017年前后，朱茂炎团队发现那里巨型挖掘机的挖矿速度效率惊人，保存化石的磷矿几乎很快就要挖光。

随即，朱茂炎采用各种形式呼吁保护。按照当时惊动一时的国内外媒体的说法，地球6亿年前的生物演化历史最后变成了几袋磷肥。最后，在得到国家领导人的批示后，瓮安磷矿这一珍贵化石产地得到了保护。

至今，朱茂炎对这件事情充满了痛心和遗憾。也是从这件事情开始，他更加深刻地认识到科学和普罗大众之间的距离无比遥远，提高全社会的科学素质是当务之急，而这一切的根源或许是——教育。

于是，近几年里朱茂炎一直希望科学教育、科普教育能在社会上逐渐形成一种共识，他自己也切身为此投入时间和精力，做一些力所能及的事情。

培养一个“年轻人”

2020年11月5日，由朱茂炎领导的寒武纪大爆发研究组在云南的澄江动物群中，发现了解答“节肢动物起源之谜”的关键过渡型化石——“章氏麒麟虾”，研究成果发表于《自然》杂志。

麒麟虾这一造型奇异的五眼虾形动物，嵌合了奇虾类等多种节肢动物祖先类型和真节肢动物的形态特征，填补了节肢动物起源过程中的关键缺失环节，为节肢动物主要演化创新的起源提供了关键参考点。

图六：麒麟虾正模标本

这一科学发现新闻发布后，几天内迅速占据热搜榜，读者阅读达到惊人的4亿人次。这项发现也入选了 2020年度“中国古生物学十大进展”和“十大地质科技进展”。

一个重要化石的发现，需要长期的积累和坚持。而每一个标本的认识都需要耗费很长的时间，像麒麟虾这种化石，有的标本可能从20年前的1990年代就积累了下来，要想达到相对完整的了解，就需要不断的积累更多和更好的标本，这个过程有时候可能长达十几年，甚至几十年。

而关于麒麟虾的研究成果，离不开一个年轻人——曾晗。朱茂炎说：“《自然》杂志上发表的麒麟虾论文，实际上也不仅仅是因为这个化石发现，而是曾晗这个人。”

曾晗大二时就进入朱茂炎的课题组，此后朱茂炎就开始有意识地培养他从事节肢动物化石研究。

节肢动物不仅是当今地球物种数量和个体数量最多的动物，在寒武纪动物大爆发一开始也是物种数量和个体数量最多的动物，可以说是演化最成功的动物。因而，节肢动物的起源和演化是演化生物学界最受关注的研究之一。

澄江动物群化石最多的就是节肢动物，对揭开节肢动物的起源和演化奥秘非常关键，但研究难度非常大。为培养曾晗，朱茂炎希望曾晗能把基础打好，系统学习相关的基础知识，多看标本，这样看问题角度才能更加透彻、厚积薄发。

从进入课题组开始，朱茂炎要求曾晗建立节肢动物的化石性状数据库，从建立化石数据库到分析数据库，需要系统学习数据库分析和演化谱系模型分析方法。为此，朱茂炎专门送他去美国，向相关方面最好的老师学习，参加国际培训班，这样系统的学习和积累，曾晗一直干了很多年。最终，曾晗没有辜负朱茂炎的期望，他把麒麟虾这个研究做到了目前世界上最好的水平。

这篇麒麟虾论文的发表前后时间加起来有一年多，经过了严格的三轮评审，作者没有一个外国人，全是朱茂炎研究组的成员。朱茂炎强调：“正是我们有了足够的知识积累，对这个问题的认识程度、研究方法和手段都全面达到了顶级的水平，才能获得这样一个结果。”