文｜《中國科學報》見習記者 杜珊妮
“這個課題很復雜，沒人做過，愿不愿意試試？”當導師李全國拋出這個問題時，李若霜簡潔干脆地回答：“行。”
這個“行”字，承載著她一貫的科研態(tài)度。就像當初遠赴南極科考時一樣，面對極寒與未知，她毫無畏懼。如今，再次面對未知的課題挑戰(zhàn)，李若霜同樣選擇迎難而上。正是這種“說干就干”的魄力和執(zhí)行力，讓每一個選擇都開花結(jié)果。
李若霜
近日，中國地質(zhì)大學（北京）博士研究生李若霜以第一作者的身份發(fā)表了首篇《科學》論文。她所在的研究團隊首次揭示了1.6億年前中生代哺乳動物毛發(fā)顏色的奧秘，為理解哺乳動物的演化補上了一塊重要拼圖。該校地球科學與資源學院教授李全國和比利時根特大學生物學副教授Matthew D. Shawkey為論文的共同通訊作者。
李若霜等發(fā)表的《科學》論文
破譯1.6億年前的“色彩密碼”
在地球漫長的生命演化史中，作為中生代陸地生態(tài)系統(tǒng)的主宰者，恐龍無疑是最引人注目的存在之一。它們種類繁多、形態(tài)各異，不僅是影視作品和博物館的焦點，更是科學研究的重要對象。相比之下，與恐龍共存的哺乳動物的早期祖先，卻鮮少受到關(guān)注。
從化石證據(jù)來看，中生代哺乳動物外形酷似會飛的鼯鼠或小老鼠。這些體形微小、毛茸茸的生物，是現(xiàn)今所有哺乳動物的遠古親屬。它們在恐龍統(tǒng)治的世界里夾縫求生，直到非鳥類恐龍滅絕后，才迎來哺乳動物的黃金時代。
近年來，隨著古生物學研究的深入，科學家發(fā)現(xiàn)并報道了大量早期哺乳動物的化石，揭示了其解剖結(jié)構(gòu)、生活方式等生命細節(jié)。然而，哺乳動物毛發(fā)顏色和花紋的起源與演化機制卻不得而知。早期哺乳動物都是什么顏色的？這一懸而未決的問題，正是李全國教授課題組關(guān)注的重點。
作為全球最早復原恐龍體色的研究者之一，李全國曾帶領(lǐng)研究團隊依據(jù)化石中的黑素體形態(tài)先后復原了赫氏近鳥龍和小盜龍的真實色彩，并在2014年發(fā)表的《自然》論文中，揭示了四足動物黑素體的演化趨勢。他們發(fā)現(xiàn)，在羊膜類脊椎動物（如蜥蜴、翼龍等）的演化過程中，鳥類的直系祖先手盜龍類和哺乳動物中的黑素體形態(tài)都發(fā)生了重要突變。
“現(xiàn)代哺乳動物的黑素體形態(tài)多種多樣，這一點與現(xiàn)代鳥類相似，而鳥類的黑素體形態(tài)多樣性是手盜龍類開始的。從那時起，我們就猜想，哺乳動物的黑素體中應該也隱藏著一個非常有意思的演化故事。”李全國告訴《中國科學報》。
研究團隊合照。李若霜（前排右二）和李全國（后排右一）
黑素體是影響毛發(fā)、羽毛顏色的重要色素分子。在化石形成的漫長地質(zhì)歲月中，皮膚、肌肉等軟組織早已消失殆盡，但黑素體卻宛如“時光膠囊”在化石中留存至今，為破譯遠古生物的體表顏色提供了可能。
在這項最新發(fā)表的研究中，研究團隊將今論古，借助現(xiàn)代生物學研究，構(gòu)建了一個由116種現(xiàn)代哺乳動物毛發(fā)黑素體組成的數(shù)據(jù)庫，首次揭示了哺乳動物黑素體形態(tài)與顏色的對應關(guān)系，并成功復原多種不同生態(tài)類型的早期哺乳動物的毛發(fā)顏色，填補了中生代早期哺乳動物體表顏色研究的空白。
“當我們解析了現(xiàn)代哺乳動物黑色素體形態(tài)與毛發(fā)顏色的對應關(guān)系后，相當于建立了一套‘公式’。將化石中的黑素體形態(tài)數(shù)據(jù)代入這套‘公式’，就可以有依據(jù)地推測出早期哺乳動物的毛發(fā)顏色。”李若霜解釋說。
團隊收集了6件來自中國晚侏羅世燕遼生物群和早白堊世熱河生物群的早期哺乳動物化石標本。這些化石不僅保存有清晰的黑素體印痕，還保存了揭示其生活和運動方式的趾骨特征。
通過對比化石標本中的黑素體數(shù)據(jù)與現(xiàn)代哺乳動物黑素體數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)，盡管這6種中生代早期哺乳動物分屬于不同時代的不同支系，并具有不同的生活習性，但它們毛發(fā)中的黑素體形態(tài)相近，多樣性低，毛發(fā)顏色均為統(tǒng)一的深色。這一驚人的相似性或許源于它們都受到被捕食者的生態(tài)位和夜行性的限制，而現(xiàn)代哺乳動物黑素體和體表顏色的多樣性可能是白堊紀大滅絕之后才演化出現(xiàn)的。
“深色毛發(fā)有助于哺乳動物保暖，增強毛發(fā)韌性，減少摩擦損傷。”李若霜說，“但更重要的是，深色提供了絕佳的隱蔽性。在恐龍占據(jù)主導地位的生態(tài)格局下，體形微小的早期哺乳動物為盡可能降低被捕食的風險，經(jīng)常晝伏夜出，而深色毛發(fā)有助于它們在夜間或陰暗環(huán)境中更好地隱藏自己。”
“或許正因早期哺乳動物大多是夜行生物，不具備良好的視覺能力，主要依賴嗅覺而并非視覺來交流和擇偶，所以未分化出復雜的體表顏色和花紋。”李若霜補充說。
一塊手寫板，撐過科研難關(guān)
在6件化石標本中，其中一件毛發(fā)印痕保存最完好的標本代表了真賊獸類樹賊獸屬的一個全新物種——暗色樹賊獸。而重建暗色樹賊獸的牙齒3D模型，是這項研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。
2019年，李全國獲得了這塊化石。隨著研究的前期工作準備就緒，2022年，李若霜暫緩手中的其它項目，從導師手中接過了這個課題。
剛拿到化石時，由于標本被包裹在堅硬的巖石層中，她的首要任務就是進行化石鑒定——這是古生物學研究一項最傳統(tǒng)、基本的工作。
哺乳動物種類的鑒定依賴于頭骨和牙齒。團隊初步觀察發(fā)現(xiàn)，其牙齒特征或指向一個全新物種，因此需要借助高精度CT掃描，重建完整的3D模型，進行詳細研究和鑒定。
然而，由于是第一次接觸鑒定哺乳動物化石，對于當時毫無3D建模經(jīng)驗的李若霜而言，這無異于一場硬仗。面對復雜的軟件界面和齒尖形態(tài)，李若霜決定自己摸索。
她查閱各種文獻、軟件技術(shù)手冊，花費了大量時間熟悉哺乳動物齒尖形態(tài)、鉆研3D軟件操作。但半年過去了，CT重建結(jié)果依然無法達到理想效果。挫敗感和焦慮像暗流般悄然蔓延，逐漸吞噬著她的信心。
但李若霜不想輕易認輸。在最迷茫的日子里，她買來了一塊白色手寫板，貼在一抬頭就能看見的辦公室墻壁上，用馬克筆抄下了許多鼓舞人心的格言警句。其中一句摘自《毛澤東選集》的經(jīng)典語錄——“我們的同志在困難的時候，要看到成績，要看到光明，要提高我們的勇氣”，在困頓中給予了她極大的激勵。
手寫板
“遇到難關(guān)的那段時間，我時常懷疑自己能否做好。直到讀到這段話，想到革命先輩曾經(jīng)面臨各種艱難的處境，但他們?nèi)匀话僬鄄粨希ㄟ^努力奮斗獲得了成功。相比之下，我遇到的科研難題根本不算什么，困難一定是可以戰(zhàn)勝的。”她告訴《中國科學報》。
意識到單打獨斗的局限性后，李若霜決心不再閉門造車，而是向更專業(yè)的人求助。她首先聯(lián)系了學校CT室的老師，探尋如何解決高精度重建的問題，隨后在導師的建議下去往北京蔡司實驗室，借助該實驗室最好的設備，解決了重建精度問題。
實驗當天，由于疫情影響，她一度被送至郊區(qū)隔離。期間，李若霜將實驗數(shù)據(jù)拷進電腦，支起臨時工作臺，靜下心來認真梳理思路，逐行檢驗建模參數(shù)，琢磨如何繼續(xù)推進研究。經(jīng)過長時間努力，原本困擾她半年的問題迎刃而解，而暗色樹賊獸也成為了第一只被復原毛發(fā)顏色的中生代早期哺乳動物。
暗色樹賊獸的化石標本和牙齒3D模型圖
當再次回憶研究的經(jīng)歷時，李若霜總結(jié)道：“遇到問題一定要大膽地去問。有時候，獲得指導的一兩句話，可能就是解開困局的關(guān)鍵。”
而她的那塊手寫板，如今已演變?yōu)檎n題組的一項傳統(tǒng)。組內(nèi)成員會自發(fā)地更新白板內(nèi)容——從毛主席語錄，到激勵人心的名言警句，甚至是一些鼓勵性的俏皮話，這塊白板已然成為了課題組成員們遇到科研困境時的“精神充電站”。
2024年8月30日，研究團隊將論文投稿到《自然》編輯部。然而，9月4日，距離投稿日僅過去了5天，拒稿信赫然出現(xiàn)在了郵箱里。信中并未說明具體原因，論文甚至未被送審，直接在初篩階段就被退回。
這個結(jié)果令團隊成員深感受挫，但他們并未氣餒，而是迅速調(diào)整策略，2天后轉(zhuǎn)投了《科學》。
幸運的是，這次投稿過程很順利，兩位審稿人給出了很有建設性的評價。在經(jīng)歷兩輪審稿后，論文最終于今年1月底被《科學》順利接收。
“硬著頭皮干就完了”
李若霜出生于新疆，2013年考入中國地質(zhì)大學（北京），一路從本科、碩士讀到博士。與那些早就確立科研方向的同行不同，直到讀博時，她才找到自己的科研興趣所在。
“起初，我并不想學習地質(zhì)學。”她坦言，“我最初感興趣的專業(yè)其實是外國語言文學。”本科畢業(yè)時，她曾跨考這門專業(yè)，最終因失利，選擇繼續(xù)深耕地質(zhì)學。
選導師的過程也頗費周章。由于對紫外線過敏，李若霜在選導師時格外謹慎。她仔細翻閱地質(zhì)系教授名單，試圖尋找無需長期野外作業(yè)的導師。就在這時，李全國的名字引起了她的注意。
彼時，盡管李全國的招生名額已滿，但李若霜仍抱著一線希望，忐忑地敲開了他的辦公室。她向他講述了自己的情況，也表達了自己對古生物研究的興趣。李全國經(jīng)過慎重考慮，決定破例接納她。自此，開啟了他們長達七年的師生之緣，而他也逐漸成為李若霜科研生涯中最重要的引路人。
回憶最初指導李若霜的經(jīng)歷，李全國坦言：“一開始，我還擔心有些科研任務她無法勝任。”但很快發(fā)現(xiàn)，“她做事非常認真，也肯鉆研，并且英語能力出色，文獻讀得也很多”。
這份積極性和主動性，正是李全國最欣賞李若霜的地方。漸漸地，他將重要任務交給她，包括南極科考這樣的關(guān)鍵項目。對于這項最新發(fā)表的研究，他則是全權(quán)放手交給李若霜，而李若霜也沒有辜負導師的信任，用行動證明了自己。
在李若霜的印象中，李全國是一位“不設限”的導師。“李老師的學術(shù)風格極為自由。他的研究涉獵廣泛，總是給予學生最大程度的自由探索空間，并且常常提出發(fā)人深省的問題，引導我們進行深層次的思考，而不是接受現(xiàn)有的答案。”
李若霜認為，“科研的魅力源于它沒有絕對的標準答案。我們探索的是知識的邊界，這是科研艱難的根源之一，但同時激勵著人們不斷地去嘗試，收集盡可能充分的數(shù)據(jù)和證據(jù)，以接近最真實的情況。”
得益于導師創(chuàng)造的自由、包容的學術(shù)環(huán)境，李若霜能在多個方向自由探索。從細菌化石、植物化石到脊椎動物化石。在不斷嘗試與試錯中，她體會到了古生物學的復雜和有趣，最終選擇了這條“通向熱愛”的路徑。
在李若霜看來，自己并不是傳統(tǒng)意義上的“天選科研人”，而是在“治愈與崩潰之間反復橫跳”的科研日常中成長起來的。“有時候，一個想法剛冒出來就興奮得不行，以為找到了關(guān)鍵突破。可查文獻一看，別人早就做過了，又瞬間沮喪、備受打擊。”
她認為，做科研的過程像是一種持續(xù)的捶打與鍛煉。也正是在這種熱脹冷縮式的起伏反復中，她逐漸建立起一種硬核的科研心態(tài)——“硬著頭皮干就完了。不會沒關(guān)系，沒辦法就學，學會了就好了。”如今，這句話也成了她的科研信條，提醒她隨時準備好，勇敢地迎接下一個未知的挑戰(zhàn)。
談及未來，李若霜希望重啟此前參與的南極項目，并將其推進至完成。今年6月，李若霜即將博士畢業(yè)，她計劃留校繼續(xù)博士后研究。她認為，自己的科研水平仍有提升的空間，因此希望進一步鍛煉自身能力，更好地適應科研工作的節(jié)奏與要求。
“我并不是那種會為自己設定一個遠大目標，并一定要達成的人。”李若霜說，“相反，我更傾向于認為未來是不受限的，它充滿各種可能性。我愿意在合適的時機去嘗試合適的事情。”
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.ads9734
*本文圖片均為受訪者提供
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