探索寒武纪生物 追溯生命之起源 ——记西北大学地质学系张志飞教

　　如果说科研工作是探索真理、发现真理，那么教学工作就是阐明线多年来，他一直怀抱着无限的激情，孜孜不倦、不懈探索，他就是西北大学地质学系教授张志飞。

　　作为教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、中组部万人计划和科技部中青年科技创新领军人才，张志飞多年来以寒武纪腕足动物研究为主线，从事寒武纪大爆发与冠轮动物的起源、谱系演化和生态学研究，论证了地球已知最早的腕足动物、苔藓虫、寄生虫，软体动物和环节动物的早期代表，揭示了地球底栖动物（草根型）生态系统的建立及宜居性演化过程，并提出地球生态系统三分的宏演化阶段，为揭开寒武纪生命大爆发之谜做出了重要学术贡献。

　　《庄子·逍遥游》中说：“上古有大椿者，以八千岁为春，八千岁为秋。此大年也。”生命是如何起源的？又是如何演化的？地球上的生物包括动物、植物和微生物，前寒武纪生命以菌藻类微生物为主，统治地球至少30亿年；植物（维管植物）起源于晚志留／早泥盆世，至白垩纪早期最早的被子植物（最高等植物门）才出现，植物界演化成型至少历时3亿年。但是，地球动物从埃迪卡拉纪末期开始出现到寒武纪第三期脊椎动物（最高等动物门）出现，历时仅仅4000万年。因此，动物门类在寒武纪早期的出现和动物界的快速成型事件，无论相对于46亿年的地球历史还是其他生物的亿年或几十亿年的演化过程都是十分迅速和突然的，这就是后生动物门类的“寒武纪生命大爆发”。寒武纪大爆发不仅仅是地球生命演化事件，也是重要的地质事件，导致地球海洋动物生态系统的建立，成为地球显生宙和隐生宙的分水岭。

　　张志飞在寒武纪大爆发与冠轮动物领域研究了数十年，凭借多年的化石研究积累和生物学知识背景，穿梭在寒武纪的洪荒里，探索着那个遥远未知世界的古生物。他利用我国特异型化石库保存的材料优势，重点针对国际学者提出的不同腕足动物起源假说开展实证演化研究，提出了胶结质椎管状腕足动物起源新假说，论证了地球已知最早的内肛动物、苔藓动物、软体动物和环节动物的早期代表。

　　在长期从事腕足动物起源及其冠轮类谱系演化研究中，张志飞为国内外寒武纪腕足动物与海洋底栖生态系统的建立做出了努力，他发现了寒武纪腕足动物的取食、消化、循环系统，开启了寒武纪腕足动物化石生物学研究，揭示了腕足动物是寒武纪最早建立生态分层的后生动物，重建了寒武纪早期动物生态群落的复杂性。

　　张志飞还在华南寒武系底部发现大量碎片状镶嵌保存的骨骼化石，国际合作研究表明这些化石代表地球已知最早的苔藓动物化石，相关成果在Nature发表，将苔藓动物门的地质历史从奥陶纪前推到寒武纪大爆发早期，开启了寒武纪苔藓动物化石生物学研究，进一步支持了“三幕式寒武纪大爆发”假说，完善了寒武纪地球动物树历时4000万年的构建过程，有效地衔接了由三大动物亚界（基础动物、原口动物和后口动物）爆发性、分阶段出现的化石证据链。成果入选2021年度“中国古生物学十大进展”和2021年度“国家基金委重大成果巡礼”。

　　在澄江化石库，张志飞发现了一种砂质胶结、身体多节、具触手的椎管状化石，他将其命名为精美玉玕囊形贝，即一类砂质胶结的椎管状腕足动物，并提出了胶结质椎管状腕足动物起源假说，为解决腕足动物的起源和后生动物矿化以及冠轮类动物谱系演化提供了重要化石依据，被国际学者誉为腕足动物“始祖鸟化石”，提出了胶结质椎管状腕足动物起源假说。基于此，国际学者将寒武纪软舌螺也置于椎管状腕足动物祖先，而张志飞发现软舌螺是一种与腕足动物关系较远的冠轮动物，相关成果在National Science Review发表。

　　在关山动物群中，张志飞发现了大量腕足动物壳体密集层，壳体布满管状生物，表明蠕形虫管与其附着的腕足动物存在明显的寄宿关系，代表了地球上最原始的窃食寄生关系，将包壳生物追溯到寒武纪早期，至少往前推了3000万年，开启了寒武纪化石寄生虫学研究，表明地球动物一旦出现，就需要与寄生虫作斗争，同时表明腕足动物等底栖动物在海洋底质改造方面发挥了重要作用，对抗性和共生关系是地球动物生态系统演化的重要动力。相关成果在Nature Communications发表，并入选了2020年度“中国古生物学十大进展”和全球百佳科学照片。

　　张志飞的这些研究成果表明寒武纪初期大量繁盛的草根型动物构成了底栖悬浮滤食生物的主体，成为显生宙—隐生宙之交油气母质的主要潜力，也为我国前寒武纪—寒武纪油气勘探提供了理论依据，后续研究有望取得新的进展和认识，推动相关领域新研究范式的形成。他也因突出贡献而入选科学中国人2014年度人物，荣获国家自然科学奖二等奖、陕西高等学校科学技术奖一等奖、中国古生物学会第九届尹赞勋地层古生物学奖等多项荣誉。

　　时至今日，张志飞已经在西大奋斗了30年，学习10年、科研教书20年。不仅在科研创新上收获颇丰，而且在教学育人上，他呕心沥血、诲人不倦。他说，科研塑灵魂、教学是根本，秉承推动地球科学拔尖人才培养和研究范式改变的教育理念，他将教学与科研相结合取得了一系列教学成果。

　　张志飞通过AR＼VR和虚拟仿真技术设立的《基于形态统计分析的古生物系统学虚拟仿真实验》课程以几何形态测量学为基础建立分支图，确定物种间的亲缘关系，从而引导研究生建立古生物系统分类。该课程不仅满足本校学生的教学需求，也可在线满足其他地质院校古生物教学的需求，2021年获批陕西省虚拟仿线年获批国家级一流本科课程。

　　为了适应“地质学拔尖学生培养计划2．0基地”建设和学校“双一流”、地质学系“三化融合”人才培养总体要求，打造面向国家一流本科专业建设的野外实习“金课”，实现现代大学五大职能，张志飞组织开展了“金钉子”野外实践教学，王家湾和浙江长兴等“金钉子”地层剖面，展开野外踏勘实践教学。启迪学生树立坚定理想信念，将个人理想与国家命运结合，在地质学道路上勇于创新、甘于探索。他带领同学们从地层、岩相、古地理等多角度切入，综合对照研究我国11枚“金钉子”剖面，按照“现场勘察、聆听讲析、搜集原始资料”三步战略探寻“金钉子”的秘密。培养“金钉子”做事精神，敢于碰硬、锲而不舍，科研紧扣国际前沿，树立甘当祖国建设“螺丝钉”的信心决心。野外实地踏勘弥补了课堂教学的空缺，培养了学生理论实践结合的思维方式，提高学生创新科研能力，切实完成拔尖基地学生的培养目标。

　　此外，张志飞以古生物为例，基础地质学研究生精英式培养模式探索与实践，对西北大学地质学系各专业的研究生培养具有示范引领作用；对推进地方高校研究生培养改革产生了示范作用，对国内其他高校的地质学专业研究生教育也起到引领作用，在历年全国地球科学高校论坛中均被邀请做经验分享；对推进研究生培养质量提升具有重要的推广价值。

　　春风化雨育英才，桃李遍布满天下。迄今20余年来，张志飞为国家培养了一众优秀人才，包括：引进国家级青年学者2人，招收博士后合作研究人员5人；培养博士毕业生6人，5人6次获国家研究生奖学金；先后有4人获国家留学基金委1年期以上留学资助，2人获陕西省优秀博士学位论文，1名应届博士毕业直接获得澳大利亚Research Fellow资助并获2024年海外优青和中科院百人计划A类资助；3人分别在中国石油、中国矿大、河北地大获得正式编制；3人在西北大学继续博士后研究，1人获博青计划资助。

　　忆往昔，荣誉傍身成果丰；看今朝，栉风沐雨向前行；俱往矣，科研教学两相长。面向未来，张志飞踌躇满志，他将继续扎根探索寒武纪，在科研上追溯地球生命的起源，在教学上孜孜不倦培养人才，砥砺前行步履不息。（文／王超）