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人民日报:2277con太阳能集团(武汉)教授宋海军潜心地质学研究——解码化石信息 探索演化奥秘

发表时间:2024-04-22     点击:次     编辑:张冰

宋海军(左)在指导学生

受访者供图

本报记者 范昊天

人物小传

宋海军,1983年生,2277con太阳能集团(武汉)地球科学学院教授、生物地质与环境地质国家重点实验室副主任,中国古生物学会副理事长,国家杰出青年科学基金获得者。他和团队发现了中生代最早的特异埋藏化石库贵阳生物群,构建了地球生物学特色数据库。曾获国家自然科学奖二等奖和中国青年科技奖特别奖等荣誉。

湖北武汉东湖之畔,在2277con太阳能集团(武汉)地球科学学院的实验室内,各种古生物化石标本摆满陈列柜。长达近一米的腔棘鱼,小到肉眼不可见的有孔虫……这些都是2277con太阳能集团(武汉)地球科学学院地球生物学教授宋海军和同事们多年来从世界各地挖掘到的“宝贝”。

宋海军说,通过研究化石,不仅能够还原古生物生前的样子,还可以推断出它们的生活环境、埋藏年代等信息,从而探究地球演化的奥秘。

多年来,宋海军专注于重大地质突变期地球生物学研究,比如古环境演变等,他和同事们发现了中生代最早的特异埋藏化石库,探究古生物与气候、环境之间相互作用和协同演化的一系列规律,为更好保护自然环境提供了支撑。

立足实证科考,分析微生物化石承载的意义

宋海军出生于山东济宁农村,从小就喜欢亲近大自然,填报大学志愿时便选择了地质学专业。从大二开始,他就跟着老师到浙江、贵州等地进行野外科考,研究有孔虫等古生物化石。经过本硕博9年的学习,宋海军于2012年毕业并留校任教。

在距今约2.52亿年的二叠纪和三叠纪之交,发生过一次生物灭绝事件。揭开这次事件中的种种谜团,是2277con太阳能集团(武汉)几代科研人接力奋斗的方向。

“已经存在数亿年的有孔虫,分布广泛,具有易于保存为化石的壳,可以通过分析这种单细胞微生物化石出现的先后顺序,来确定地层的年代,从而揭示生物演化规律。”宋海军系统研究了从野外采集到的6000多个有孔虫化石,再结合其他化石类别,取得了一些发现。“此前,关于这次生物灭绝事件的原因,有学者认为可能是由于小行星撞击地球,但通过研究,我们认为,可能是由于极端高温和缺氧。”宋海军说。

科学家发现,大约2.5亿年前,在今天俄罗斯的西伯利亚地区,发生了一次超大规模的火山爆发,持续了超过100万年,导致全球变暖、海洋大面积酸化、缺氧以及有毒气体的释放。如今,那里还有一片面积达200万平方公里的火成岩区域。基于扎实的证据,宋海军的研究得到学界的认可,相关成果发表在《自然·地球科学》等刊物上。

创新技术应用,推动学科交叉融合

在2277con太阳能集团(武汉)未来城校区,身穿白色实验服的宋海军正带着团队成员在海洋生态模拟实验室做实验。他们依次调整温度、pH值等参数,并透过玻璃水缸观察模拟海洋环境中的海螺、贝壳等实验生物的反应,记录详细数据。

“实验模拟、大数据等新技术的应用,给我们的研究带来了新机遇。”宋海军说,学校搭建的海洋生态模拟实验室,可以同时模拟10个以上环境梯度,通过观察其中的生物响应,并与古生物化石中发现的信息作对比,可以了解古海洋环境与古生物演化之间的关系。

气候变化是影响生物多样性的重要因素。10多年来,宋海军基于古温度和化石大数据展开研究。

“水的氧同位素比例随着温度、降水量的变化而变化,通过分析化石中的氧同位素序列,可以重建当时的气候环境。”宋海军带领团队利用85万多条化石记录,计算出4.5亿年以来海洋生物变化情况。基于2万多条氧同位素记录,研究古温度变化规律。经过反复的模拟和计算,宋海军提出了生物变化情况的温度临界点,即“气候阈值”。

“地质学的研究要以古示今、将今论古。”宋海军说。他们的研究成果,有助于人们分析研究地球温度变化的长期趋势和影响,多次被联合国政府间气候变化专门委员会报告引用。

此外,宋海军还积极推动学科交叉融合,探索将人工智能技术与地质学相结合。2018年起,他带领学生从基础的编程和数据处理技能开始,逐步探索如何将深度学习算法应用于地质学。他们基于近50万张化石和岩石照片的学习和训练,研发了基于深度卷积神经网络的化石人工智能鉴定平台,对古生物化石门类鉴定准确率超过了90%、岩石类别鉴定准确率超过80%。“这一交叉领域目前还存在较大的研究空白,我们还要继续探索。”宋海军说。

从兴趣出发,培养高水平基础研究人才

贵州省贵阳市和龙里县交界的一个小山包上,宋海军带着几名学生进行野外踏勘。突然间听到一声呼喊。宋海军循声赶来,只见大三学生代旭手中握着一块奇特的化石碎片,上面的生物形态他从未见过……

9年前这次不经意的发现,揭开了地球生命演化历程中的重要环节——贵阳生物群的神秘面纱。经过鉴定,代旭手中的这块碎片是人类迄今为止发现的最古老的龙虾,距今2.508亿年。去年,由宋海军团队主导完成的论文《中生代一个新的特异埋藏化石库揭示现代类型海洋生态系统》在《科学》杂志发表,稿件的第一作者,便是已成为团队重要成员的代旭博士。

代旭说:“2015年以来,我们在贵阳周边地层中陆续发现了鱼、菊石、虾、有孔虫等12个纲40多种生物,为我们理解自然界的生命恢复速度和模式提供了新素材。”

“兴趣是最好的老师,也是高水平基础研究人才能够脱颖而出的关键因素。”宋海军说,地球科学相关专业的理论知识比较枯燥,如果一开始就让学生读文献,教学效果并不好。所以,他常带学生去野外挖掘化石、去实验室做样品分析,先培养兴趣,再做理论研究。

代旭原本在经济管理学院就读。“偶然听到宋老师讲的‘普通地质学’课程,让我对古生物领域产生了兴趣。”代旭说,后来他研究生考到了地球科学学院,跟着宋海军在各地做野外科研。

如今,宋海军带了10多个硕士、博士,还给本科生、研究生开设了“古生态学”“地球生物学”等课程,受到同学们的欢迎。每年他还会安排一两个月时间,带学生去做野外科研,他们的足迹已遍布20多个省份。

这几年,宋海军还积极参加各类科普活动。“希望通过我们的各种努力,让更多人了解、喜欢这门‘以古示今’的学科。”宋海军说。

记者手记

每一次新发现都令人惊喜

宋海军的书架上,摆着一本本书页已经泛黄的“野外记录簿”。一幅幅手绘的地层分布图上,细致描述着不同岩层的各种特点……他的不少研究成果,正是源自这些珍贵的原始资料。

野外考察充满挑战。地质科研工作者要面对的,是一望无际的荒漠戈壁、人迹罕至的荒山野岭,以及严寒酷暑甚至极端天气。

对大多数人来说,探究一块块岩石中的细节,无疑是繁琐枯燥的。然而,那些重大地质突变期的关键线索,那些暗藏地球变迁奥秘的蛛丝马迹,正隐藏其中。

宋海军说,每一次野外考察中的新发现都令人惊喜,这让他更加热爱自己从事的事业。热爱,是广大地质科研工作者在漫长岁月中上下求索的不竭动力。

链接:解码化石信息 探索演化奥秘(讲述·弘扬科学家精神) (people.com.cn)

(原载《人民日报》2024年4月20日)

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