沈树忠:揭密生物大灭绝


沈树忠,1961年10月生,地层古生物学家,1996年至2000年分别在日本和澳大利亚从事博士后研究。2000年底由中国科学院“百人计划”从澳大利亚引进到中国科学院南京地质古生物所工作。2015年当选为中国科学院院士,2018年至今为南京大学地球科学与工程学院教授。曾获得国家杰出青年基金(2002),主持基金委优秀创新群体9年(2004-2012);任科技部973项目首席科学家(2006-2010),曾任《国际二叠纪地层分会》主席(2012-2020), 国家重点实验室主任(2006-2015), 现任《国际地层委员会》副主席和国家自然基金委重大项目首席科学家。
1961年,沈树忠出生在湖州塘甸(现湖州市吴兴区环渚街道万安村)一个普通的农民家庭。当时,家里经济条件较差,兄妹四人,哥哥、姐姐早早务农,父母看到小儿子虽然顽皮,学习成绩还好,便寄予厚望。1975年,沈树忠被村上推荐进人湖州中学农村班学习。该校创办于1902年,其前身为“爱山书院”,校风严谨,人才辈出,在全省很有名气。1945年学校迁人莲花庄校区。沈树忠是77届毕业生,当时的高中只有两年。回忆这里的学习,尽管还处于文革时期,氛围还好。沈树忠特别感谢母校——湖州中学,尤其是高中英语老师兼班主任杨骏和语文老师唐承彬等的尊尊教诲。回忆当时,学校不是单纯地读书,经常要学工、学农、学军。“每次去劳动基地,一走就是两个多小时。在那段岁月里,同学们都十分珍惜读书时间。“一放下锄头就看书,不能浪费时间。”老师们为人师表,还教给学生许多文史课外知识,教给学生自学的方法。课外书本匮乏,学生们看的大都是老师自编的讲义。沈树忠喜欢读书,特别能静下心来。在这里,他对数学和英语有浓厚兴趣,为他后来的相关研究打下了基础。
沈树忠还十分喜爱家乡吴兴浓郁的历史文化。“吴兴”名取“吴国兴盛”之义。这是湖州郡治之始,延续了1700多年。西晋太康三年(282)吴兴郡领十一县,遂成为东南望郡。其中,太湖溇港文化是吴兴历史文化遗产中浓墨重彩的一笔,“鱼米乡、水成网、两岸青青万株桑”,塘浦圩田所催生的稻文化、鱼文化、丝绸文化等文化景观,构成了太湖南岸风华无尽的溇港文化带。每逢署假,沈树忠就在家乡参加“双枪”(指抢收抢种)劳动,插秧、收稻、挑担子,样样拿得起。毕业那一年,他印象特别深刻,没有像样的毕业典礼,但有的是老师谆谆的嘱托:“回去后要多读书,多实践,立志成才”。这样一句简单的话语,激励着他不断求学、努力奋斗。1977年,我国恢复了高考制度,沈树忠便参加了第一次高考,因为数理化基础差,结果名落孙山。然而,面对失败,他并不气馁,一边在村里的中学担任英语老师,一边便利用课余时间,同数学和语文老师交流和讨论学习中碰到的问题,不断丰富知识。
他白天下井,晚上自学。短短两年就学完了古生物学专业大学主要课程,英语水平也得到明显提高,1983年,他以优异的成绩考取了中国矿业大学北京研究生部的出国留学硕士研究生,后由于没有学士学位而转入国内学习,师从知名古生物地层学家何锡麟教授,先后在中国矿业大学获得硕士学位和博士学位,并得到何教授的青睐。
在中国矿业大学毕业以后,他有幸被留在大学任教。很快,他活跃在教学和科研一线,成了中国矿业大学优秀青年骨干教师和科研骨干。
也许,冥冥之中,“沈树忠”的名字就透了他的个性和品质:“树”——他像树一样坚韧,像树一样深深扎根、茁壮成长,像树一样即使经历风吹雨打也始终屹立不倒;“忠”——他忠于国家,忠于事业,不畏艰辛不畏恐惧,即使生命受到威胁也不能放弃其所热爱的地质事业。
拥有“树”般坚韧品格的沈树忠,以荒山为实验课堂,开始与古生物化石为伴的科研人生。1994年,一次偶然的机会,沈树忠应中国科学院南京地质古生物研究所金玉玕院士的邀请去陪同一批外宾到西藏希夏邦马峰地区考察,这是他第一次赴西藏进行野外工作,当时条件非常艰苦,他只身一人深入西藏无人区与三十多位外宾汇合在希夏邦马峰脚下开展工作。当时交通条件和后勤保障差,然而,他先后5次进入西藏喜马拉雅地区进行大量野外采集工作。2002年,沈树忠第5次到西藏去考察,就遇到了意外。由于当时他重感冒,又遇上了非常恶劣的天气。因此,他在考察的过程中,出现了严重的身体不适,最后依靠简陋的制氧剂,驱车14个小时,把他送到了拉萨的军区总医院,才终于活了过来。
沈树忠虽然出生在江南水乡,但是对青藏高原这片土地有自己的热情,觉得世界屋脊特别有魅力。他说,全世界有一个共同的认识,就是西藏是地质学理论的摇篮,那里有丰富的地质古生物记录,对于阐明地质历史时期泛大陆和特提斯洋生物与环境的演化极其关键,经常去那种又高又冷又缺氧的地区工作,的确有很多困难。但是,想到自己是党和国家的关怀下培养成为一名地质工作者,是在摇篮里工作,所以感到很欣慰,很荣幸。
沈树忠带领团队走进西藏,通过对雅鲁藏布江缝合线一带灰岩体的动物群类型、古生物地理区系及其岩石学特征等方面进行研究和比较,发现二叠纪灰岩体总体上都呈现出冈瓦纳冷水型与华夏暖水型动物群混生特点,应形成于当时新特提斯洋中的海山,从而改变了传统观点,揭开新特提斯洋在二叠纪早期就已经打开的奥秘。
揭密生物“大灭绝”
在生物演化的“长河”中,曾出现过5次生物“大灭绝”事件,其中最惨烈的一次几乎让地球生物界回到原始状态,这就是发生在2.52亿年前,著名的“二叠纪末生物大灭绝”。为了研究二叠纪地层学、二叠纪末生物大灭绝与环境变化,20多年来,沈树忠的足迹涉及世界上五十多个国家和地区,几十次到华南、华北、西藏、伊朗、美国、澳大利亚、欧洲等地开展大量的生物地层学和古生物学研究,多次联合组织重大生物事件等重要国际专题会议,建立了以藏南为代表的冈瓦纳北缘二叠-三叠纪之交连续的生物、地化和岩石地层序列,改变了该地区缺失中、上二叠统的传统认识。
如此惨烈的二叠纪末生物大灭绝事件,是如何造成的?长期以来一直是争论的热点。2000年,金玉玕院士等人在《科学》上发表了论文,认为可能是瞬间事件导致了生物的灭绝,因为二叠纪末期发生的生物灭绝速度太快了。所以有美、日等科学家推断当时有一颗小行星或者彗星猛烈地撞击了地球,其造成的强烈震波瞬间杀死了地球上大部分生物,如同6600万年前恐龙的灭绝一样。当时,这种观点一度风靡一时,受到媒体和民众的普遍关注。但随着进一步的深入研究,真正的“凶手”逐渐浮出水面。沈树忠及其团队试着揪出幕后“黑手”。经过与国际同行通过高精度年龄和定量生物多样性的合作研究,最后推论出此次生物大灭绝的主因是大规模岩浆活动造成温室气体大规模释放,造成地表环境的剧变,在种种“证据”面前,“二叠纪末生物大灭绝”发生的原因得于更加明确,揭开了“二叠纪末生物大灭绝”的谜底。相关成果在美国的《科学》、《美国科学院学报》等刊物发表,还获得2012年度《中国科学十大进展》,引起国内外同行较大关注。
“我们在大灭绝地层层位,还发现了保存在地层中经过燃烧的碳屑化石,证明当时天气非常干燥,森林遭受大面积野火吞噬。”沈树忠高兴地说,正是这些绵延不绝的野火,给位于赤道地区的以大雨羊齿为代表的热带雨林带来灾难。森林的破坏使得地表土壤失去保护,地表土壤系统快速崩溃,地表风化加剧。
那么海洋生物又是如何灭绝的呢?“之前我们说的碳同位素突然大幅度变化,说明大气中的二氧化碳也出现剧烈变化,造成地表快速升温,给生物圈带来灭顶之灾。”当时的地下岩浆在经过长期的“平静期”之后,突然迎来了“活跃期”,造成大规模的火山喷发,火山活动还可能造成地表甲烷释放,使得大气中二氧化碳等温室气体浓度快速增加。“天气越来越热,海水缺氧严重,海洋生物们也没能逃过这次劫难。”
更让人惊奇的是,通过化石研究比对发现,大灭绝速度非常快。“在上世纪80年代的时候,大家都认为灭绝应该是1000万年完成的,但我们认为这一切不会超过20万年。”沈树忠告诉记者,而且海洋和陆地生物灭绝几乎是同时的。
2019年7月4日,在意大利米兰举行的第三届国际地层学大会上,中国科学院院士,南京大学地球科学与工程学院教授、博士生导师沈树忠获颁“地层学国际金奖”(ICS Medal),成为该奖项设立以来,经国际地层委员会委员投票产生的第五位获得者,也是其中唯一的亚洲科学家。
国际地层委员会主席大卫·哈珀的颁奖词是:
沈树忠作为世界知名的地层学家、古生物学家、腕足动物和牙形动物研究专家,对全球年代地层界线(又称“金钉子”,指地层记录最完整、研究水平最高的标准地层剖面)的建立做出了重要贡献;担任国际地层委员会二叠纪地层分会主席近8年期间,推动了高分辨率二叠纪综合地层学的发展和地层序列的建立,并在二叠纪末生物大灭绝的研究中取得卓越成果。
获得国际最高奖后,沈树忠院士首先想到,要以更大热情回报祖国。他和团队坚持创新精神,敢于向世界难题挑战,2020年1月17日,国际权威期刊《科学》在线发表了南京大学樊隽轩、沈树忠大数据团队的最新研究成果,此项研究是地球科学与大数据和计算科学相结合的一项突破,重现了地球近3亿年的生物多样性精细演变过程,被《科学》和《自然》杂志评述为“将推动整个演化生物学的变革”,得到中国科学院、国家自然科学基金委和国家重点研发计划等项目的支持。2023年,沈树忠院士,喜获何梁何利奖和第三届全国创新争先奖。
沈树忠故乡情深,为人质朴,没有架子,乐于将自己的知识传授给湖州人民。如:2017年4月5日,他应邀做客“南太湖人文大讲堂”,按照惯例,笔者作为联络员,准备派车到湖州高铁站去迎接。可是,沈院士说不用。他自己驾汽车从南京来到了湖州。那天,按照主办方的主题,他在湖州职业技术学院作了《煤山金钉子与超级生物大灭绝》生动讲座;2021年9月20日,他同陈旭院士一起莅临湖州二中参观指导;2024年3月18日,他参加了在湖州吴兴参与“科学大咖秀”院士(专家)科普讲座进校园活动,4月30日又回到母校湖州中学,为师生们讲述了他励志奋斗的故事。(张前方)