95后博士生一作，破译1.6亿年前“色彩密码”
文｜《中国科学报》见习记者 杜珊妮
“这个课题很复杂，没人做过，愿不愿意试试？”当导师李全国抛出这个问题时，李若霜简洁干脆地回答：“行。”
这个“行”字，承载着她一贯的科研态度。就像当初远赴南极科考时一样，面对极寒与未知，她毫无畏惧。如今，再次面对未知的课题挑战，李若霜同样选择迎难而上。正是这种“说干就干”的魄力和执行力，让每一个选择都开花结果。
李若霜
近日，中国地质大学（北京）博士研究生李若霜以第一作者的身份发表了首篇《科学》论文。她所在的研究团队首次揭示了1.6亿年前中生代哺乳动物毛发颜色的奥秘，为理解哺乳动物的演化补上了一块重要拼图。该校地球科学与资源学院教授李全国和比利时根特大学生物学副教授Matthew D. Shawkey为论文的共同通讯作者。
李若霜等发表的《科学》论文
破译1.6亿年前的“色彩密码”
在地球漫长的生命演化史中，作为中生代陆地生态系统的主宰者，恐龙无疑是最引人注目的存在之一。它们种类繁多、形态各异，不仅是影视作品和博物馆的焦点，更是科学研究的重要对象。相比之下，与恐龙共存的哺乳动物的早期祖先，却鲜少受到关注。
从化石证据来看，中生代哺乳动物外形酷似会飞的鼯鼠或小老鼠。这些体形微小、毛茸茸的生物，是现今所有哺乳动物的远古亲属。它们在恐龙统治的世界里夹缝求生，直到非鸟类恐龙灭绝后，才迎来哺乳动物的黄金时代。
近年来，随着古生物学研究的深入，科学家发现并报道了大量早期哺乳动物的化石，揭示了其解剖结构、生活方式等生命细节。然而，哺乳动物毛发颜色和花纹的起源与演化机制却不得而知。早期哺乳动物都是什么颜色的？这一悬而未决的问题，正是李全国教授课题组关注的重点。
作为全球最早复原恐龙体色的研究者之一，李全国曾带领研究团队依据化石中的黑素体形态先后复原了赫氏近鸟龙和小盗龙的真实色彩，并在2014年发表的《自然》论文中，揭示了四足动物黑素体的演化趋势。他们发现，在羊膜类脊椎动物（如蜥蜴、翼龙等）的演化过程中，鸟类的直系祖先手盗龙类和哺乳动物中的黑素体形态都发生了重要突变。
“现代哺乳动物的黑素体形态多种多样，这一点与现代鸟类相似，而鸟类的黑素体形态多样性是手盗龙类开始的。从那时起，我们就猜想，哺乳动物的黑素体中应该也隐藏着一个非常有意思的演化故事。”李全国告诉《中国科学报》。
研究团队合照。李若霜（前排右二）和李全国（后排右一）
黑素体是影响毛发、羽毛颜色的重要色素分子。在化石形成的漫长地质岁月中，皮肤、肌肉等软组织早已消失殆尽，但黑素体却宛如“时光胶囊”在化石中留存至今，为破译远古生物的体表颜色提供了可能。
在这项最新发表的研究中，研究团队将今论古，借助现代生物学研究，构建了一个由116种现代哺乳动物毛发黑素体组成的数据库，首次揭示了哺乳动物黑素体形态与颜色的对应关系，并成功复原多种不同生态类型的早期哺乳动物的毛发颜色，填补了中生代早期哺乳动物体表颜色研究的空白。
“当我们解析了现代哺乳动物黑色素体形态与毛发颜色的对应关系后，相当于建立了一套‘公式’。将化石中的黑素体形态数据代入这套‘公式’，就可以有依据地推测出早期哺乳动物的毛发颜色。”李若霜解释说。
团队收集了6件来自中国晚侏罗世燕辽生物群和早白垩世热河生物群的早期哺乳动物化石标本。这些化石不仅保存有清晰的黑素体印痕，还保存了揭示其生活和运动方式的趾骨特征。
通过对比化石标本中的黑素体数据与现代哺乳动物黑素体数据，研究发现，尽管这6种中生代早期哺乳动物分属于不同时代的不同支系，并具有不同的生活习性，但它们毛发中的黑素体形态相近，多样性低，毛发颜色均为统一的深色。这一惊人的相似性或许源于它们都受到被捕食者的生态位和夜行性的限制，而现代哺乳动物黑素体和体表颜色的多样性可能是白垩纪大灭绝之后才演化出现的。
“深色毛发有助于哺乳动物保暖，增强毛发韧性，减少摩擦损伤。”李若霜说，“但更重要的是，深色提供了绝佳的隐蔽性。在恐龙占据主导地位的生态格局下，体形微小的早期哺乳动物为尽可能降低被捕食的风险，经常昼伏夜出，而深色毛发有助于它们在夜间或阴暗环境中更好地隐藏自己。”
“或许正因早期哺乳动物大多是夜行生物，不具备良好的视觉能力，主要依赖嗅觉而并非视觉来交流和择偶，所以未分化出复杂的体表颜色和花纹。”李若霜补充说。
一块手写板，撑过科研难关
在6件化石标本中，其中一件毛发印痕保存最完好的标本代表了真贼兽类树贼兽属的一个全新物种——暗色树贼兽。而重建暗色树贼兽的牙齿3D模型，是这项研究的关键挑战之一。
2019年，李全国获得了这块化石。随着研究的前期工作准备就绪，2022年，李若霜暂缓手中的其它项目，从导师手中接过了这个课题。
刚拿到化石时，由于标本被包裹在坚硬的岩石层中，她的首要任务就是进行化石鉴定——这是古生物学研究一项最传统、基本的工作。
哺乳动物种类的鉴定依赖于头骨和牙齿。团队初步观察发现，其牙齿特征或指向一个全新物种，因此需要借助高精度CT扫描，重建完整的3D模型，进行详细研究和鉴定。
然而，由于是第一次接触鉴定哺乳动物化石，对于当时毫无3D建模经验的李若霜而言，这无异于一场硬仗。面对复杂的软件界面和齿尖形态，李若霜决定自己摸索。
她查阅各种文献、软件技术手册，花费了大量时间熟悉哺乳动物齿尖形态、钻研3D软件操作。但半年过去了，CT重建结果依然无法达到理想效果。挫败感和焦虑像暗流般悄然蔓延，逐渐吞噬着她的信心。
但李若霜不想轻易认输。在最迷茫的日子里，她买来了一块白色手写板，贴在一抬头就能看见的办公室墙壁上，用马克笔抄下了许多鼓舞人心的格言警句。其中一句摘自《毛泽东选集》的经典语录——“我们的同志在困难的时候，要看到成绩，要看到光明，要提高我们的勇气”，在困顿中给予了她极大的激励。
手写板
“遇到难关的那段时间，我时常怀疑自己能否做好。直到读到这段话，想到革命先辈曾经面临各种艰难的处境，但他们仍然百折不挠，通过努力奋斗获得了成功。相比之下，我遇到的科研难题根本不算什么，困难一定是可以战胜的。”她告诉《中国科学报》。
意识到单打独斗的局限性后，李若霜决心不再闭门造车，而是向更专业的人求助。她首先联系了学校CT室的老师，探寻如何解决高精度重建的问题，随后在导师的建议下去往北京蔡司实验室，借助该实验室最好的设备，解决了重建精度问题。
实验当天，由于疫情影响，她一度被送至郊区隔离。期间，李若霜将实验数据拷进电脑，支起临时工作台，静下心来认真梳理思路，逐行检验建模参数，琢磨如何继续推进研究。经过长时间努力，原本困扰她半年的问题迎刃而解，而暗色树贼兽也成为了第一只被复原毛发颜色的中生代早期哺乳动物。
暗色树贼兽的化石标本和牙齿3D模型图
当再次回忆研究的经历时，李若霜总结道：“遇到问题一定要大胆地去问。有时候，获得指导的一两句话，可能就是解开困局的关键。”
而她的那块手写板，如今已演变为课题组的一项传统。组内成员会自发地更新白板内容——从毛主席语录，到激励人心的名言警句，甚至是一些鼓励性的俏皮话，这块白板已然成为了课题组成员们遇到科研困境时的“精神充电站”。
2024年8月30日，研究团队将论文投稿到《自然》编辑部。然而，9月4日，距离投稿日仅过去了5天，拒稿信赫然出现在了邮箱里。信中并未说明具体原因，论文甚至未被送审，直接在初筛阶段就被退回。
这个结果令团队成员深感受挫，但他们并未气馁，而是迅速调整策略，2天后转投了《科学》。
幸运的是，这次投稿过程很顺利，两位审稿人给出了很有建设性的评价。在经历两轮审稿后，论文最终于今年1月底被《科学》顺利接收。
“硬着头皮干就完了”
李若霜出生于新疆，2013年考入中国地质大学（北京），一路从本科、硕士读到博士。与那些早就确立科研方向的同行不同，直到读博时，她才找到自己的科研兴趣所在。
“起初，我并不想学习地质学。”她坦言，“我最初感兴趣的专业其实是外国语言文学。”本科毕业时，她曾跨考这门专业，最终因失利，选择继续深耕地质学。
选导师的过程也颇费周章。由于对紫外线过敏，李若霜在选导师时格外谨慎。她仔细翻阅地质系教授名单，试图寻找无需长期野外作业的导师。就在这时，李全国的名字引起了她的注意。
彼时，尽管李全国的招生名额已满，但李若霜仍抱着一线希望，忐忑地敲开了他的办公室。她向他讲述了自己的情况，也表达了自己对古生物研究的兴趣。李全国经过慎重考虑，决定破例接纳她。自此，开启了他们长达七年的师生之缘，而他也逐渐成为李若霜科研生涯中最重要的引路人。
回忆最初指导李若霜的经历，李全国坦言：“一开始，我还担心有些科研任务她无法胜任。”但很快发现，“她做事非常认真，也肯钻研，并且英语能力出色，文献读得也很多”。
这份积极性和主动性，正是李全国最欣赏李若霜的地方。渐渐地，他将重要任务交给她，包括南极科考这样的关键项目。对于这项最新发表的研究，他则是全权放手交给李若霜，而李若霜也没有辜负导师的信任，用行动证明了自己。
在李若霜的印象中，李全国是一位“不设限”的导师。“李老师的学术风格极为自由。他的研究涉猎广泛，总是给予学生最大程度的自由探索空间，并且常常提出发人深省的问题，引导我们进行深层次的思考，而不是接受现有的答案。”
李若霜认为，“科研的魅力源于它没有绝对的标准答案。我们探索的是知识的边界，这是科研艰难的根源之一，但同时激励着人们不断地去尝试，收集尽可能充分的数据和证据，以接近最真实的情况。”
得益于导师创造的自由、包容的学术环境，李若霜能在多个方向自由探索。从细菌化石、植物化石到脊椎动物化石。在不断尝试与试错中，她体会到了古生物学的复杂和有趣，最终选择了这条“通向热爱”的路径。
在李若霜看来，自己并不是传统意义上的“天选科研人”，而是在“治愈与崩溃之间反复横跳”的科研日常中成长起来的。“有时候，一个想法刚冒出来就兴奋得不行，以为找到了关键突破。可查文献一看，别人早就做过了，又瞬间沮丧、备受打击。”
她认为，做科研的过程像是一种持续的捶打与锻炼。也正是在这种热胀冷缩式的起伏反复中，她逐渐建立起一种硬核的科研心态——“硬着头皮干就完了。不会没关系，没办法就学，学会了就好了。”如今，这句话也成了她的科研信条，提醒她随时准备好，勇敢地迎接下一个未知的挑战。
谈及未来，李若霜希望重启此前参与的南极项目，并将其推进至完成。今年6月，李若霜即将博士毕业，她计划留校继续博士后研究。她认为，自己的科研水平仍有提升的空间，因此希望进一步锻炼自身能力，更好地适应科研工作的节奏与要求。
“我并不是那种会为自己设定一个远大目标，并一定要达成的人。”李若霜说，“相反，我更倾向于认为未来是不受限的，它充满各种可能性。我愿意在合适的时机去尝试合适的事情。”
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.ads9734
*本文图片均为受访者提供
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