陈均远
陈均远,1939年出生于浙江平阳,现为南京大学教授和中国科学院南京地质古生物研究所研究员。1960年毕业于西北大学,并从业于中国科学院南京地质古生物研究所,自1960年以来分别在该所历任研究实习员、助理研究员、副研究员,1988年起至今任研究员职;2004年起任南京大学教授。1981年以来,他曾多次接受邀请作为高级访问学者分别到美国罗彻斯特大学(1981~1982)、加拿大安大略皇家博物馆(1982~1983)、瑞典斯德哥尔摩大学(1989~1990)、中国台湾清华大学(1998)进行有关的研究工作。
他作为一个职业古生物学家和演化生物学家,在古生物学和演化生物学学术领域做出了许多重大的原创性科学发现和一系列重要的科学成果。以上的发现和成果改写了关于动物起源和早期演化许多关键性的历史事件,重塑了脊椎动物起源和节肢动物起源和演化的历史进程。动物类群之间缺乏中间过渡类型化石的发现是达尔文和达尔文以来演化生物学家十分头痛的现象。他在中间类型化石的发现和研究做出了重要的贡献,他关于无脊椎动物——脊椎动物和蠕虫状叶足类祖先与现生节肢动物之间中间类群的发现和研究为头部、脑、头部感觉器官、取食和运动器官,前后体轴的分子和形态主分界线的起源和演化提供了新的可能答案。
寒武纪是我们行星生命演化一个重要转折点;这一时期,地球上生存至今各种动物类群在化石记录上突发性出现,令人困惑的是在比寒武纪古老的地层从未发现寒武纪动物祖先类型的可靠化石记录。这一突发性演化事件通称为《寒武纪大爆发》。《寒武纪大爆发》是一起令达尔文十分烦恼的事件,这一事件至今仍是一个不解之谜。1997年9月,陈均远决定启动“在前寒武纪地层内寻找寒武纪动物祖先化石”雄心勃勃的计划,并把分布在贵州瓮安境内的前寒武纪含磷地层(地质学称这一地层为陡山陀组)作为主要靶位,并把位于陡山陀组中上部一层富有机质、含磷碳酸岩作为采样的靶点。不久后实验室工作,从设定靶点所采集的样品中果然发现了海绵和与其共生的大量动物胚胎化石,证实了预测的正确性。他的研究小组将这一重大突破性发现的成果于1998年2月在《科学》杂志公布。另一研究小组在同一天在《自然》杂志同时公布了来自同一地点动物胚胎化石的发现。以上成果对演化生物学界来说是一个绝好的消息。已故著名的演化生物学家和古生物学家S.J.Gould将这一发现誉为20世纪演化生物学的重要成就之一。1998年之后,他的研究小组在同一地层中陆续发现了微型腔肠动物和两侧对称动物成体化石和具极叶的两侧对称动物胚胎化石。
他在学术领域的贡献包括几个方面。
一、5亿3千万年前鱼状化石的研究成果为脊椎动物起源的研究领域注入一束强光
由于缺乏无脊椎动物——脊椎动物动物中间过渡类型化石的证据,脊椎动物动物起源的研究领域至今仍是谜团重重。寒武纪早期的地层一直被认为太古老,脊索动物特别是脊椎动物不大可能会在这样古老的地层中出现。但他相信脊索动物,甚至脊椎动物在寒武纪早期出现并不是不可能。其实一种接近脊椎动物的化石(云南虫)早已被发现,在1991年就已经公开报道,但当时没有将它解释成脊索动物,而是作为分类关系不明的生物类型。云南虫公开报道之后,这一化石就很快引起他的注意,他认为云南虫就是他梦寐以求的脊索动物。经过对新化石材料的反复观察,在云南虫化石发现许多脊索动物所特有的特征,肯定了云南虫脊索动物的分类位置。1995年他和他的合作者在《自然》杂志公布了云南虫为脊索动物的成果 (后来一系列的研究肯定了云南虫不仅仅只是脊索动物,很可能比海口虫具有更高级的演化地位)。这一成果首次将包括人类在内这一神奇生命树的历史起点前推到寒武纪早期,在学术界引起了重要反响,《美国科学》周刊为这一成果发表“通向脊椎骨之路”封面评论;《纽约时报》发表了“从云南虫走向您”的专评。这一成果为以后在澄江动物群中发现新的脊椎动物化石,破除了寒武纪早期太早,不可能出现脊椎动物甚至脊索动物化石的思想障碍。继云南虫的成果之后4年,他和他的研究小组于1999年在《自然》杂志公布了脊椎动物祖先类型化石——海口虫的发现。这一发现无疑是脊椎动物的起源和演化研究领域一起最令人兴奋的事件。这一化石保存极为完美,保存了包括脑、头部感觉器官、上下唇、口须、肌肉纤维等解剖学细节,构建了一帧关于脊椎动物祖先最精美画像。这一化石比较解剖学的研究表明,这一化石处于无椎动物向脊椎动物演化的转折点关键性的位置,为深入探索脊椎动物起源,以及脊椎动物脑、头部感觉器官、脊椎骨,脊椎动物类型鳃弓和食性的起源提供了极为重要的科学证据。海口虫的发现及有关成果分别被列为20世纪科技备忘录,近十年来古生物学四大重要成就之一和近20年以来关于脊椎动物起源研究最重要成果之一。
二、海口虫和云南虫为早期神经嵴动物代表,这些化石的研究为重新理解和探索脊椎动物头部、脑、头部感觉器官、神经嵴、鳃腔系统和脊椎骨等的起源作出主要贡献神经嵴细胞的起源是脊椎动物起源的最关键性事件。他和美国文昌鱼专家于2001年合作发表了“神经嵴动物”的概念。这一概念提出采用神经嵴细胞及其产物来界定脊椎动物。神经嵴动物包括所有脊椎动物(即有头类)和已灭绝了的有头类最直接祖先(原有头类)两大生物类型。寒武纪早期海口虫和与其同期但略为进步的云南虫为早期神神经嵴动物重要代表。这些化石特别是海口虫对探索脊椎动物起源,以及脊椎动物有关器官,如脑、头部感觉器,鳃弓,脊椎骨,食性行为等的起源起着关键性的作用。他和他的合作者提出相对膨大的脑,侧眼、鼻孔和原椎骨,粗大为开阔鳃裂所分隔的鳃弓,以及鳃腔肌肉吸排水系统形成的时间早于真正头颅、端脑,以及大多神经嵴和神经板衍生物的发生。
三、节肢动物起源一系列原创性的发现和研究
由于缺乏起源和早期演化阶段的化石记录,节肢动物起源至今仍是一团雾水。他和他的合作者在节肢动物起源方面作出了一系列原创性发现,并分别对寒武纪早期各不同演化化石代表开展了一系列比较解剖学的研究。这些化石分别为:节肢动物之前的蠕虫状祖先,最早期节肢动物,最早期真节肢动物,节肢动物冠支类群(包括所有现生节肢动物在内),最早期颚肢节肢动物和早期肢口类。在以上研究的基础上,他和他的合作者首次建立了节肢动物起源和演化的梯级模型。据这一模型,节肢动物起源于具双分节头部的蠕虫状祖先。具双分节头部的心网虫和怪诞虫为节肢动物蠕虫状祖先的化石代表。这些蠕虫状祖先通过以下一系列事件转化为节肢动物:第一对头附肢转化为带柄的眼睛;第二头附肢转化为触须;口由头前移位到第二头节的腹后方;躯干附肢由单肢转化为双肢;带关节骨片的发生。他提出头部扩增是节肢动物演化的主线。原节肢动物以抚仙湖虫和山口虾为代表,它们的头部由双分节所组成。现代类型节肢动物头部通过从躯干招募方式,以原节肢动2分节的头部为基础先后经历了两次扩增事件演化而来。第一次扩增导致了2分节的头向5分节头的转化。5分节的头部为早期真节肢动物所特有。 第二次扩增导致了5分节头分别向6分节和7分节头的转化。6分节头为颚肢动物(包括昆虫和甲壳类)所特有;7分节头为肢口节肢动物冠支类型所特有。在这同时,躯干的腿肢发生了以下演化过程,由原节肢动物多环节叶足状腿通过多关节腿的中间阶段,演化为现生节肢动物所特有少关节的腿肢。现生节肢动物腿肢由7个(或少于7个)肢节所组成,腿的基节膨大状,内侧呈锯齿状。以双分节头为特征原节肢动物提供了分子分区起源于早期节肢动物头与躯干分区界线重要提示。现生节肢动物头躯干分区界线位于分子分区之后可能与头部后缘向后不断移位有关。原节肢动物双分节头部同时指示了节肢动物脑的原型为双分性,由前脑和中脑所组成,缺乏后脑;前脑和中脑分别对第一头节带柄眼睛和第二头节触须起支配的作用。以上的发现挑战了三分脑古老起源的流行假设。
四、最早捕食性巨怪化石的发现
寒武纪早期动物群一直被认为是一个互相和平相处的世界,最早巨型捕食动物(奇虾)完螯化石标本以及与其共生巨型口器(直径可达25厘米)和巨型捕捉器的发现与研究表明寒武纪并不太平,而是杀机重重的世界。这一成果于1994年在《科学》杂志公布。《科学新闻》周刊为这一发现发表了封面专题报导,世界很多国家的媒体发布了相关的消息。
五、现生许多动物类型群化石代表在寒武纪的发现
他和他的合作者发现了包括脊椎动物、尾索动物、箭虫、星虫、栉水母、海葵等类群寒武纪化石代表,这些发现重新改写了它们的早期历史。
六、前寒武纪早古老动物和动物胚胎的化石的发现和研究
多彩多姿寒武纪动物世界突发性出现这一事实令达尔文和其理论的支持者十分烦恼。经过一个多世纪的努力,在前寒武纪地层中一直未发现寒武纪动物祖先类型化石存在有力的线索。陈均远相信前寒武纪地层不可能没有寒武纪动物祖先类型存在的化石证据,失败的原因一定是找错了地方和找错了岩石类型。在他的预见和领导下,他和研究小组不仅成功地于1998年发现了5亿8千万年前的全球最古老的化石动物群 (称为瓮安动物化石)。 这一成果于1998年2月在《科学》杂志公布。在1998年以后,他和他的研究小组继续发现了微型腔肠动物和两侧对称动物成体和具极叶的两侧对称动物胚胎的化石。有关成果分别在2000年《美国科学院院刊》,并于2004年和2006年在《科学》等杂志报道。 微型的两侧对称动物贵州小春虫和具极叶的两侧对称动物胚胎的发现证明了两侧对称的发生比我们原先所想象的要早,在寒武纪之前4千万年甚至更早就已经出现。极叶是导致胚胎遗传物质对称性破损的一种发育方式,现生软体动物和环节动物继续采用同样方式导致遗传物质在胚胎中分布对称性的破损。这一发现提示了两侧对称动物不仅十分古老,而且在5亿8千万年前的前寒武纪瓮安动物化石群所代表的演化阶段已经开始了初步分化。
他先后著述了10部书和学术专著,发表了100多篇学术论文,其中10篇在《科学》和《自然》杂志,3篇在《美国科学院院刊》,许多在其他具有广泛影响力的学术杂志发表。他于1987年获得“国家级有突出贡献的中青年专家”称号,并获得以下重要的科学奖:2003年度国家自然科学奖一等奖(并列第一获奖人);1997年度获中国科学院自然科学特等奖(第一获奖人);1997年度香港求实基金会杰出科技成就集体奖(第一获奖人);2007年度李四光科技奖;2003年度江苏省科技进步一等奖(第一获奖人);1992年度中国科学院自然科学一等奖(第一获奖人);1986年度中国科学院自然科学二等奖(唯一获奖人);澄江生物群和寒武纪大爆发研究于1998年还获得南京十大科技成果奖(第一获奖人);《动物世界黎明》专著获第三届吴大猷科学普及著作奖创作类银奖(唯一获奖人)。
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