节肢动物森林乔立冲侯先光、刘玉摄
“这是一只5亿多年前寒武纪的‘虾’。”云南大学古生物研究所张喜光教授对着电脑屏幕上的图像平静地说。屏幕上，有一个圆锥形的古生物，细节无处不在。这是金沙江边一块石头“溶解”出来的化石，大小不到1毫米。一块晦涩难懂的石头，但研究人员可以从中破译出“无言的天书”。
从2004年开始，由云南大学古生物研究所张锡光教授、侯先光教授等专家组成的研究团队开始“与石头为伴”。今年11月3日，他们凭借“寒武纪化石特殊保存与节肢动物早期演化”项目获得2020年度国家自然科学奖二等奖。
一颗“尘埃”，窥见生命奥秘
显微镜下，一个芝麻大小的化石。“看，这是它的头，这是它的尾巴……”张锡光教授一边观察，一边在显微镜下把化石体各部分的结构画在纸上。他说：“在经历了地球历史上五次最大规模的灭绝之后，为什么节肢动物能够继续进化，并在物种数量上保持巨大优势？节肢动物如何快速适应地球环境的变化，在各种生态环境中占据优势地位？这些秘密隐藏在化石碎片中。”
“这些年来，从澄江生物群、小石坝生物群的化石采集，到成吨微体化石样品的酸浸处理，我们砸石头几百次、上千次，获得了大量原始数据。”张喜光说。
通过电子扫描显微镜的观察，化石中的节肢动物体结构一目了然。"他们似乎在讲古代的故事。"张广一边观察一边说道。在科学家眼里，亿万年前的古生物学还和以前一样鲜活。在一次“尘埃”中，团队首次确认真正的甲壳动物最早出现在寒武纪早期，并将相关化石记录向前推了约2000万年，将甲壳动物上肢化石记录向前推了约1亿年，从理论上确立了其在节肢动物进化树中的重要地位。
古老虫子的脑袋，现代生命的“智慧”
在漫长的生命进化历史中，动物群体行为的起源一直是一个未解决的世界问题。过去一般认为这种复杂的生态现象出现的比较晚。“从化石记录中，我们惊讶地发现，有20多条海虫首尾相连。”侯先光说：“这说明节肢动物早在5亿年前就有复杂的群体行为。”
“我们将这种化石生态现象与活体节肢动物的行为进行对比，发现群体行为可能是海虫在集体迁徙过程中形成的一种行为策略，也就是说，5亿多年前的生物不愿孤独，实际上是‘抱团’行动。”侯先光开玩笑说：“我们说我们是最高级的生物，但节肢动物在5.18亿年前就已经成群结队了，这真的令人钦佩。”
这是指示节肢动物群体行为的最古老的化石记录，证明了这种复杂的生态现象是在早寒武世海洋生态系统原型构建过程中演化而来的。这一重大发现首次揭示了寒武纪大爆发时期节肢动物生态行为的复杂性，为研究寒武纪早期海洋生态系统原型的构建过程打开了新的窗口。
课题组通过跨学科研究的手段，系统论证了早期节肢动物主要类群的神经结构，创建了早期节肢动物进化的新框架，重构了其早期进化过程中神经系统的进化模型，创建了目前全球古生物学领域的热点之一——神经本体，引领了该领域的国际前沿方向。
“过渡型是研究生命进化的关键。虾是节肢动物早期进化的关键过渡类型。”研究团队成员丛培云介绍，研究团队从神经分类学、形态解剖学、系统古生物学等角度对巨虾进行了系统研究。并揭示了这些动物作为连接节肢动物早期进化的纽带的进化意义。
古老的石头会“唱歌”
2015年，团队首次引入使用“显微CT技术”，对澄江化石中保存的动物三维结构进行无损研究。“就像在医院给病人做CT一样，我们给化石做CT。x光穿透石头后，我们提取石头表面和内部储存的信息，通过计算机处理得到完整的三维信息。”研究小组成员刘伟说。
虽然显微CT技术可以在不破坏样品的情况下清晰地了解样品的内部微观结构，但用显微CT技术扫描澄江化石却是前所未有的事情。“起初，我渴望在德国。
尼黑扫描澄江化石的时候，根本看不清什么图像。”刘煜说，“后来经过数十次的试错，我们才明白它只是用到了扫描技术，并没有用到图像处理技术，所以无法成像。”经过研究，研究人员将扫描化石形成的数据信息拷贝到另一台电脑，运用图像处理技术，把化石中保存的动物活灵活现呈现在电脑屏幕上。显微CT技术突破传统光学显微镜的二维形态学研究局限，实现了古生物研究技术上“0到1的突破”。刘煜说：“以前无论用针修还是画图等方法，都只能从化石表面看到二维的信息，但现在通过显微CT技术可以呈现出近乎完整的、三维立体的动物。”
依据CT提取到的可靠信息，该团队证实了节肢动物的祖先是增节生长发育的，这些全新发现改变了对一些先驱节肢动物类群形体组构以及早期演化模式的传统认知。
“古生物学是冷门学科，作为科研人员，我们唯有长坐‘冷板凳’，用数十年如一日的热情才能慢慢接近它。”张喜光教授说，“但是取得成就的那一刻，我们是很兴奋的。”
