2025 年 5 月 30 日，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員盧靜在 2025 科普中國說 530 科技工作者日特別場“跨越時光的科研接力”帶來演講《用現(xiàn)代科技，“喚醒”遠(yuǎn)古生命》，解密億萬年前的生命如何“重現(xiàn)”。

以下是盧靜的演講節(jié)選：

古脊椎動物學(xué)

是研究什么的？

很多人可能會問：“老師，你們能復(fù)活一條恐龍嗎？”我會回答你們，我們過去不行，未來，我不知道。那么，古脊椎動物學(xué)究竟研究的是什么呢？簡單來說，研究的是從 4 億到 5 億年以來脊椎動物演化的完整歷史。

過去，古脊椎動物研究通常意味著野外考察、挖掘化石，隨后進(jìn)行修復(fù)、裝架和分析。然而，現(xiàn)在的研究早已超越了這一傳統(tǒng)模式。研究人員們不僅關(guān)注古代脊椎動物本身，更致力于探索脊椎動物演化的整體歷程，即整個脊椎動物的生命史。

古脊椎動物學(xué)的研究不僅要做到“講古論今”，還要“講今論古”，將現(xiàn)代生物與遠(yuǎn)古化石聯(lián)系起來，深入探討諸如口腔結(jié)構(gòu)如何形成、四肢如何實現(xiàn)登陸、前肢如何演化為翅膀等一系列問題，這些是現(xiàn)在研究的重要部分。

圖片來源于盧靜PPT

新技術(shù)

助力古脊椎動物學(xué)研究

在現(xiàn)在的古脊椎動物研究中，我們廣泛運用了高精度 CT 掃描、同步輻射技術(shù)、三維成像和三維可視化等新技術(shù)和新方法，但往前 50 年，想要研究化石腦袋的內(nèi)部信息，唯一的手段和方法就是切片。

比如張彌曼老師對楊氏魚的研究。她在瑞典花了將近兩年的時間，用當(dāng)時最為先進(jìn)的連續(xù)磨片法，把不到 3 厘米的魚頭標(biāo)本磨成了 500 多張片子，然后對它的腦顱結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

張彌曼老師的這項研究非常重要。在此之前，學(xué)術(shù)界普遍持有兩個主流觀點：一是認(rèn)為登上陸地的肉鰭魚類起源于歐美地區(qū)；二是認(rèn)為四足動物是雙起源假說。然而，張老師通過對楊氏魚標(biāo)本的深入研究，否定了這兩個觀點。首先，她的研究表明，中國才是肉鰭魚類的真正起源中心。因為在中國發(fā)現(xiàn)了大量比歐美地區(qū)更為古老、更為原始的魚類化石，其中楊氏魚就是典型的代表之一。其次，**楊氏魚標(biāo)本顯示，實際上四足動物是單起源的，因為這種魚并未演化出登陸所必需的類鼻孔結(jié)構(gòu)。**這項研究為后續(xù)的古魚類研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。


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如今，如果我們再進(jìn)行類似的研究，早已不再需要如此費時費力，借助先進(jìn)的 CT 掃描技術(shù)，只需不到兩個小時，有時甚至僅需一個小時，就能獲得標(biāo)本的完整數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。CT 技術(shù)的應(yīng)用，使研究人員在研究時間和效率上都有了顯著提升，也為古生物學(xué)研究開啟了全新的篇章。

從 2008 年起，古脊椎所和高能物理所聯(lián)合研發(fā)專門用于古生物 CT 掃描機器，這些設(shè)備的問世，對古脊椎動物學(xué)研究產(chǎn)生了極為重要的推動作用。自 2011 年至今，我們利用這些自主研發(fā)的 CT 設(shè)備掃描研究的化石標(biāo)本，已在《自然》《科學(xué)》等國際頂級期刊及其子刊上發(fā)表論文超過 160 篇，位居全球首位。此外，我們已掃描的脊椎動物化石數(shù)量也超過萬件，這也是全球之最。

不過，對于研究者們而言，這僅僅是一個開始，我們不僅希望用最高精度、最前沿的技術(shù)來研究古生物本身，更希望深入探討它們過去的生活方式、行為模式以及演化歷程。這就需要開展更多更深入的研究工作。

其中一項非常重要的工作就是，利用最新的 CT 掃描技術(shù)，對掃描結(jié)果進(jìn)行三維重建，并對所有古生物進(jìn)行科學(xué)而精確的形態(tài)復(fù)原。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化這些模型，開展分析，甚至涉及材料學(xué)方面的深入研究。同時，建立了一個龐大的三維模型數(shù)據(jù)庫，供全球?qū)W者共同研究脊椎動物的演化過程。

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此外，我們還自主研發(fā)了多款三維可視化軟件，其中一款名為“蛙魚”。之所以叫這個名字，寓意著從魚到蛙、再從蛙到魚，代表的是脊椎隊伍演化的一個非常重要的過程。

我們還可以將這些重建數(shù)據(jù)應(yīng)用于 VR 技術(shù)，讓人們可以真正地“鉆到”生物身體里，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，我們利用角鯊的數(shù)據(jù)，幫助大家更直觀地了解生命的演化歷程，這也是我們研究中“將今論古”的重要組成部分。

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古生物科學(xué)三維復(fù)原

應(yīng)用落地

已經(jīng)消失的古生物如何“復(fù)活”？大家可以想象一下文物修復(fù)的方法，但光修復(fù)好化石還不夠，我們還要為這些古生物賦予動作，讓魚兒能夠游動，讓它們的嘴巴能夠張合，這樣才能更加真實地再現(xiàn)它們的生命狀態(tài)。我們將通過這種方式，逐步復(fù)原所有從水生到陸生、從陸地到空中的關(guān)鍵物種，以便大家未來能更好地利用這些模型開展研究工作。

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我們還利用古生物科學(xué)三維復(fù)原技術(shù)與眾多機構(gòu)和品牌展開合作，舉辦了大量的展覽，讓更多人能夠直觀地感受到古生物的魅力。

去年，我們與美國芝加哥菲爾德自然歷史博物館（Field Museum）合作，完成了一項重要的展覽工作，對世界上第一只鳥——始祖鳥，進(jìn)行了高精度三維復(fù)原。在這次復(fù)原中，我們幾乎復(fù)原了始祖鳥的全部骨骼、羽毛、皮膚和肌肉結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了迄今為止全球精度最高的一次科學(xué)復(fù)原。通過這項工作，我們不僅將中國的古生物復(fù)原技術(shù)推向了國際前沿，也讓世界看到了中國科研團(tuán)隊在這一領(lǐng)域的卓越實力。

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與此同時，我們還將研究工作拓展到了更廣闊的領(lǐng)域。

比如，這條獅子魚標(biāo)本是從 7000 米深的海底打撈上來的，由于深海壓力的巨大變化，標(biāo)本發(fā)生了嚴(yán)重的變形。我們對其進(jìn)行了復(fù)原。

為了驗證復(fù)原結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們將其放入自主研發(fā)的大空間 VR 系統(tǒng)中，與《國家地理》雜志利用 ROV 水下機器人拍攝的真實獅子魚運動場景進(jìn)行對比。大家可以看到，我們復(fù)原的獅子魚動畫與真實場景幾乎完全一致。

通過這種方式，我們不僅以全新的手段探索生命的過去，也在擁抱我們的未來。

圖片來源于盧靜PPT

策劃制作

演講者丨盧靜 中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員

責(zé)編丨楊雅萍

審校丨徐來、林林

來源: 科普中國說

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