探访中科院脊椎动物演化与人类起源重点实验室

工作人员正在修复化石

450千伏通用性CT设备

（神秘的地球uux.cn）据中国科学报（童岱）：中科院脊椎动物演化与人类起源重点实验室的研究人员整天和化石较劲，不是在寻找动物演化过程中的痕迹，就是在“偷窥”古人类骨骼的内部结构。但这些工作积累了基础知识，丰富了自然历史。

穿过幽幽的走廊，记者随着工作人员来到中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室（以下简称实验室）的CT设备间。进门便能看到一块被紧紧包裹的大型脊椎动物化石，正“躺”在一台近三米长、两米多高的凹字形大型高分辨率CT设备之上接受扫描。

工作人员从一旁的计算机上能实时观察扫描进展和情况。设备间的一角，还有一台稍微小一些的同类设备，正在“审视”一颗来自于古人类头骨上的牙齿。

在这里，现代科技和远古历史巧妙地结合在了一起。经过数年发展，实验室已成为中科院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称古脊椎所）最重要的科研平台。

推前类人猿与猴“分道扬镳”

有关哺乳动物主要门类的起源与早期演化是实验室的重点研究方向之一，这也是研究员倪喜军努力的方向。

当记者走进倪喜军的办公室，在三面书墙的环绕中，他正拿着工具对一块小型化石做局部修复。黑框眼镜、身材清瘦的倪喜军谈起最近的研究项目，语言简洁又轻快。

在今年早些时候，倪喜军参与了一个由美国国家科学基金会重建生命之树计划资助的国际研究小组，该小组利用世界最大的包含形态和遗传特征的数据库，重建了有胎盘类哺乳动物的共同祖先。

这个多样性极高的动物类群包括了啮齿类、鲸鱼、人类等。科学家们利用生命之树推测出有胎盘类哺乳动物祖先的解剖学特征，寻找生物演化的内在联系。倪喜军日常的工作也是如此。

就在数月前，倪喜军在《自然》杂志上发表了一篇论文。论文的研究对象是一副距今有5500万年历史的灵长类骨架化石，因为脚后跟的骨头长得短而宽，这副骨架的主人很像类人猿，因此被命名为阿喀琉斯基猴。

“十年前，我来到湖北荆州地区考察时，在当地一个老乡的家里看到了这副骨架化石。”倪喜军告诉记者，当时对方不愿意免费捐赠，而是要好处费。为了其潜在的研究价值，他将自己身上仅有的几百块钱都给了对方，只留了点路费。

这几百块钱换来了一段珍贵的历史。要知道，在世界范围内，早期的灵长类化石数量都相当有限，何况这是一副近乎完整的骨架。

在随后的几年里，倪喜军及其团队对其进行了形态学和系统学分析，一共发展出1186个形态学特征，并结合658个特异性分子标记，对157个化石和现生物种进行了详细的分析对比，构建出了目前世界上最大的有关灵长类演化的形态学特征矩阵。

由于部分骨架化石埋于石头之中，他们又利用同步辐射CT扫描技术观察化石的具备细节，扫描精度达30微米。

此前学界的观点认为，类人猿与猴“分道扬镳”，各自走上一条演化之路的时间是4500万年前。而阿喀琉斯基猴的化石标本形成于始新世早期（5.58~5.48千万年前），其拥有的类人猿特征显示，它正处在与类人猿刚刚分异的阶段，这相当于把类人猿的起源时间又推前了1000万年。

利用CT设备开展“无损”研究

现代人起源、演化研究是古脊椎所“一三五”规划中的突破之一。在实验室方面，研究员刘武及其团队作出了不少成绩。

“古人类学的研究对象，一般是古人类的头骨、身体部分骨骼及牙齿等。”刘武拿起一个古人类头骨化石说，“我们想对化石中大脑作研究的话，如果没有先进的设备很难完成。因为在长期的自然环境中，化石头骨中的大脑胶结了泥土、岩石、杂质等，难以下手，需要借助现代仪器设备将其复原。”

在实验室引进高分辨率CT设备之后，科研人员的研究方法有了很大改进。比如可以保证在无损的情况下，观察、复原化石中的大脑结构。

刘武课题组的副研究员吴秀杰告诉记者：“2007年刚引入CT设备时，我们就利用其对一个柳江人头骨进行了16个小时的扫描，并进行了三维重建，获取了虚拟的颅内模及大脑的形态特征数据，为其在人类演化上的地位提供了新信息。”

吴秀杰介绍说，对古人类化石上保存的病理、创伤及先天畸形的研究也是课题组的关注方向之一，这些工作可以推断古人类生存适应活动的各种信息，包括健康状况、暴力行为等。吴秀杰就曾发现一个13万年前的马坝人头骨上的“可疑痕迹”。

“当时我们采用CT扫描、病理分析等现代研究手段，排除了骨膜炎、骨结核等因素，确认这个痕迹是受到钝性外力冲击造成的损伤。”吴秀杰说。这项研究提供了东亚地区最早的古人类之间暴力行为的化石证据。

古人类的牙齿也是科研人员研究的常用对象之一，CT设备同样发挥了重要的作用。牙齿内部分牙釉质、牙本质、牙髓等好几层，使用CT设备能在不破坏化石的情况下，可以研究其各个分层的相关信息，观察病灶的位置、情况等。

在刘武看来，实验室的最大好处在于给科研人员搭建了一个现代化的共享交流平台，硬件和软件上的共享非常突出，购置的一系列仪器、设备、软件，乃至研究方法等，供大家来使用。“这对于我们提取研究材料更多的信息很有帮助。”

近5年来，课题组利用实验室平台提供的高精度CT、三维激光扫描等设备完成的研究，在美国《国家科学院院报》、《人类进化杂志》等国际学术期刊发表多篇论文。

比“丝绸之路”更早的东西交流

“我所在的课题组主要做两方面的工作，一是早期人类活动及适应研究，二是环境过程研究。”实验室研究员李小强在接受《中国科学报》采访时谈到，脊椎动物演化、人类起源和发展的环境背景建立，以及它们之间的相互关系研究，是实验室的重点研究方向之一。

“我们所做的主要工作之一，就是还原地质历史上不同阶段的环境。”在李小强看来，古脊椎动物化石和古人类遗存本身提供了很好的环境变化研究材料，是古环境研究的重要一环。

其次，通过花粉、炭屑、碳氧同位素等其它地质、生物指标记录研究，结合已有古环境研究成果，可以重建地质历史时期不同时间尺度的环境变化历史，探讨脊椎动物和人类与环境协同演化的关系，解读环境演变和重大环境事件对脊椎动物演化的影响。

农业已成为早期人类活动及其与环境变化关系研究的重点和突破口，当时的农业活动留下了很多线索，比如花粉、种子、植硅体、木炭和淀粉等遗存。这些遗存被李小强等借用现代技术和手段来加以分析和研究，力图还原古人类的生业模式，查明早期农业活动的方式与强度，揭示农业活动对环境的影响与适应等。

通过对50多处新旧石器遗址点的考察与取样，李小强获取了大量人类植物学材料。

研究表明中国西北地区新石器时代以粟、黍旱作农业为主。陇东地区新石器文化早期以黍作农业为主，距今约5000年，粟作农业占据主导地位，并栽培有黍、水稻、大豆等作物，形成早期多样化农业。起源于西亚的小麦农业在距今4100年前后，经由俄罗斯干草原和蒙古传播到我国甘肃河西走廊地区，并逐步向东传播。

“这些成果从侧面反映出，早在‘丝绸之路’开始之前，东西方就已经有了相当程度的文化和技术交流。”李小强说。

在环境过程研究方面，李小强还通过重建末次冰盛期和全新世高温期两个重要时段黄土高原植被格局，为未来可能增温背景下自然植被变化提供历史相似型，同时也为气候、生态环境和早期人类影响与适应研究提供生态环境背景。