宋海軍（左）在指導學生。
受訪者供圖
本報記者 范昊天
人物小傳
宋海軍，1983年生，中國地質大學（武漢）地球科學學院教授、生物地質與環(huán)境地質國家重點實驗室副主任，中國古生物學會副理事長，國家杰出青年科學基金獲得者。他和團隊發(fā)現(xiàn)了中生代最早的特異埋藏化石庫貴陽生物群，構建了地球生物學特色數(shù)據(jù)庫。曾獲國家自然科學獎二等獎和中國青年科技獎特別獎等榮譽。
湖北武漢東湖之畔，在中國地質大學（武漢）地球科學學院的實驗室內，各種古生物化石標本擺滿陳列柜。長達近一米的腔棘魚，小到肉眼不可見的有孔蟲……這些都是中國地質大學（武漢）地球科學學院地球生物學教授宋海軍和同事們多年來從世界各地挖掘到的“寶貝”。
宋海軍說，通過研究化石，不僅能夠還原古生物生前的樣子，還可以推斷出它們的生活環(huán)境、埋藏年代等信息，從而探究地球演化的奧秘。
多年來，宋海軍專注于重大地質突變期地球生物學研究，比如古環(huán)境演變等，他和同事們發(fā)現(xiàn)了中生代最早的特異埋藏化石庫，探究古生物與氣候、環(huán)境之間相互作用和協(xié)同演化的一系列規(guī)律，為更好保護自然環(huán)境提供了支撐。
立足實證科考，分析微生物化石承載的意義
宋海軍出生于山東濟寧農村，從小就喜歡親近大自然，填報大學志愿時便選擇了地質學專業(yè)。從大二開始，他就跟著老師到浙江、貴州等地進行野外科考，研究有孔蟲等古生物化石。經(jīng)過本碩博9年的學習，宋海軍于2012年畢業(yè)并留校任教。
在距今約2.52億年的二疊紀和三疊紀之交，發(fā)生過一次生物滅絕事件。揭開這次事件中的種種謎團，是中國地質大學（武漢）幾代科研人接力奮斗的方向。
“已經(jīng)存在數(shù)億年的有孔蟲，分布廣泛，具有易于保存為化石的殼，可以通過分析這種單細胞微生物化石出現(xiàn)的先后順序，來確定地層的年代，從而揭示生物演化規(guī)律。”宋海軍系統(tǒng)研究了從野外采集到的6000多個有孔蟲化石，再結合其他化石類別，取得了一些發(fā)現(xiàn)。“此前，關于這次生物滅絕事件的原因，有學者認為可能是由于小行星撞擊地球，但通過研究，我們認為，可能是由于極端高溫和缺氧。”宋海軍說。
科學家發(fā)現(xiàn)，大約2.5億年前，在今天俄羅斯的西伯利亞地區(qū)，發(fā)生了一次超大規(guī)模的火山爆發(fā)，持續(xù)了超過100萬年，導致全球變暖、海洋大面積酸化、缺氧以及有毒氣體的釋放。如今，那里還有一片面積達200萬平方公里的火成巖區(qū)域。基于扎實的證據(jù)，宋海軍的研究得到學界的認可，相關成果發(fā)表在《自然·地球科學》等刊物上。
創(chuàng)新技術應用，推動學科交叉融合
在中國地質大學（武漢）未來城校區(qū)，身穿白色實驗服的宋海軍正帶著團隊成員在海洋生態(tài)模擬實驗室做實驗。他們依次調整溫度、pH值等參數(shù)，并透過玻璃水缸觀察模擬海洋環(huán)境中的海螺、貝殼等實驗生物的反應，記錄詳細數(shù)據(jù)。
“實驗模擬、大數(shù)據(jù)等新技術的應用，給我們的研究帶來了新機遇。”宋海軍說，學校搭建的海洋生態(tài)模擬實驗室，可以同時模擬10個以上環(huán)境梯度，通過觀察其中的生物響應，并與古生物化石中發(fā)現(xiàn)的信息作對比，可以了解古海洋環(huán)境與古生物演化之間的關系。
氣候變化是影響生物多樣性的重要因素。10多年來，宋海軍基于古溫度和化石大數(shù)據(jù)展開研究。
“水的氧同位素比例隨著溫度、降水量的變化而變化，通過分析化石中的氧同位素序列，可以重建當時的氣候環(huán)境。”宋海軍帶領團隊利用85萬多條化石記錄，計算出4.5億年以來海洋生物變化情況。基于2萬多條氧同位素記錄，研究古溫度變化規(guī)律。經(jīng)過反復的模擬和計算，宋海軍提出了生物變化情況的溫度臨界點，即“氣候閾值”。
“地質學的研究要以古示今、將今論古。”宋海軍說。他們的研究成果，有助于人們分析研究地球溫度變化的長期趨勢和影響，多次被聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會報告引用。
此外，宋海軍還積極推動學科交叉融合，探索將人工智能技術與地質學相結合。2018年起，他帶領學生從基礎的編程和數(shù)據(jù)處理技能開始，逐步探索如何將深度學習算法應用于地質學。他們基于近50萬張化石和巖石照片的學習和訓練，研發(fā)了基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的化石人工智能鑒定平臺，對古生物化石門類鑒定準確率超過了90%、巖石類別鑒定準確率超過80%。“這一交叉領域目前還存在較大的研究空白，我們還要繼續(xù)探索。”宋海軍說。
從興趣出發(fā)，培養(yǎng)高水平基礎研究人才
貴州省貴陽市和龍里縣交界的一個小山包上，宋海軍帶著幾名學生進行野外踏勘。突然間聽到一聲呼喊。宋海軍循聲趕來，只見大三學生代旭手中握著一塊奇特的化石碎片，上面的生物形態(tài)他從未見過……
9年前這次不經(jīng)意的發(fā)現(xiàn)，揭開了地球生命演化歷程中的重要環(huán)節(jié)——貴陽生物群的神秘面紗。經(jīng)過鑒定，代旭手中的這塊碎片是人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老的龍蝦，距今2.508億年。去年，由宋海軍團隊主導完成的論文《中生代一個新的特異埋藏化石庫揭示現(xiàn)代類型海洋生態(tài)系統(tǒng)》在《科學》雜志發(fā)表，稿件的第一作者，便是已成為團隊重要成員的代旭博士。
代旭說：“2015年以來，我們在貴陽周邊地層中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了魚、菊石、蝦、有孔蟲等12個綱40多種生物，為我們理解自然界的生命恢復速度和模式提供了新素材。”
“興趣是最好的老師，也是高水平基礎研究人才能夠脫穎而出的關鍵因素。”宋海軍說，地球科學相關專業(yè)的理論知識比較枯燥，如果一開始就讓學生讀文獻，教學效果并不好。所以，他常帶學生去野外挖掘化石、去實驗室做樣品分析，先培養(yǎng)興趣，再做理論研究。
代旭原本在經(jīng)濟管理學院就讀。“偶然聽到宋老師講的‘普通地質學’課程，讓我對古生物領域產生了興趣。”代旭說，后來他研究生考到了地球科學學院，跟著宋海軍在各地做野外科研。
如今，宋海軍帶了10多個碩士、博士，還給本科生、研究生開設了“古生態(tài)學”“地球生物學”等課程，受到同學們的歡迎。每年他還會安排一兩個月時間，帶學生去做野外科研，他們的足跡已遍布20多個省份。
這幾年，宋海軍還積極參加各類科普活動。“希望通過我們的各種努力，讓更多人了解、喜歡這門‘以古示今’的學科。”宋海軍說。
記者手記
每一次新發(fā)現(xiàn)都令人驚喜
宋海軍的書架上，擺著一本本書頁已經(jīng)泛黃的“野外記錄簿”。一幅幅手繪的地層分布圖上，細致描述著不同巖層的各種特點……他的不少研究成果，正是源自這些珍貴的原始資料。
野外考察充滿挑戰(zhàn)。地質科研工作者要面對的，是一望無際的荒漠戈壁、人跡罕至的荒山野嶺，以及嚴寒酷暑甚至極端天氣。
對大多數(shù)人來說，探究一塊塊巖石中的細節(jié)，無疑是繁瑣枯燥的。然而，那些重大地質突變期的關鍵線索，那些暗藏地球變遷奧秘的蛛絲馬跡，正隱藏其中。
宋海軍說，每一次野外考察中的新發(fā)現(xiàn)都令人驚喜，這讓他更加熱愛自己從事的事業(yè)。熱愛，是廣大地質科研工作者在漫長歲月中上下求索的不竭動力。
鏈接：解碼化石信息 探索演化奧秘（講述·弘揚科學家精神） (people.com.cn)
（原載《人民日報》2024年4月20日）
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