科普文章
  • 新研究揭开达尔文有关开花植物起源的“讨厌之谜”

      据cnBeta:外媒报道,开花植物的起源曾让查尔斯·达尔文感到困惑,他将开花植物从较近的地质时代突然出现在化石记录中描述为一个“讨厌之谜”。随着相对较新的化石记录与使用基因组数据估算的开花植物起源时间之间的无法解释的差异,这个谜团进一步加深。
      现在,一个来自瑞士、瑞典、英国和中国的科学家团队可能已经解开了这个谜团。根据发表在科学杂志《自然生态与进化》上的一项新研究,他们的结果显示开花植物确实起源于侏罗纪或更早,也就是比其最古老的无可争议的化石证据早了数百万年。根据他们的研究结果,缺乏更古老的化石,反而可能是化石化的概率低和早期开花植物稀有的产物。
      “一群多样化的开花植物在很长一段时间内一直生活在蕨类植物和裸子植物的阴影下,它们在古代生态系统中占主导地位。这让我想起了现代哺乳动物是如何在恐龙时代低调地生活了很长时间,然后才成为现代动物群的主要组成部分,”来自瑞士弗里堡大学的主要作者Daniele Silvestro博士说。
      在现代生态系统中,开花植物是迄今为止全球数量最多、种类最丰富的植物群,数量远远超过蕨类植物和裸子植物,几乎包括了所有维持人类生计的作物。化石记录显示,这种模式是在过去8000万至1亿年中建立起来的,而早期的开花植物被认为是小而稀少的。新的结果显示,开花植物在最终占据主导地位之前已经存在了1亿年之久。
    2021-04-06
  • 研究显示5.55亿年前的埃迪卡拉纪海洋生物跟今天包括人类在内的动物有相同基因

      据cnBeta:外媒报道,最新研究显示,最早的多细胞生物可能没有头、腿或胳膊,但它们的碎片至今仍留在我们体内。根据加州大学河滨分校的一项研究显示,5.55亿年前的埃迪卡拉纪海洋生物跟包括人类在内的今天的动物有着相同的基因。
      加州大学洛杉矶分校地质学教授Mary Droser表示:“它们没有头或骷髅。它们中的许多看起来可能像海床上的三维防滑垫......这些动物如此怪异、如此不同,仅凭观察就很难将它们归入现代生物类别,而且我们也无法提取它们的DNA--我们做不到。”
      然而,保存完好的化石记录使得Droser和该研究的第首席作者、最近从加州大学洛杉矶分校毕业的博士Scott Evans能将动物的外观和可能的行为跟当前生物的基因分析联系起来。他们将相关研究结果发表在《Proceedings of the Royal Society B》上了。
      研究人员在他们的分析中认为四种动物代表了埃迪卡拉纪的40多个已知物种。这些生物的大小从几毫米到近一米不等。
      其中,金伯拉虫(Kimberella)是一种泪滴状的生物,其一端宽而圆、一端狭窄。它们可以像现在的蜗牛一样使用“肌肉足”四处移动。另外的研究对象还包括扁平的椭圆形狄更逊水母--它们的表面上有一系列凸起的条纹--以及一生都固定在海底的三分盘虫。
      此外,研究人员还对Ikaria也进行了分析,这是包括Evans和Droser在内的一个团队最近发现的动物。它们的大小和形状跟一粒米差不多,其代表了最早的双侧生物。Evans称,尽管化石记录中没有记录,但Ikaria很可能有嘴,且它们会在有机物中爬行中“边走边吃”。
      这四种动物都是多细胞动物,细胞类型各不相同。它们大多数左右两侧对称,神经系统和肌肉系统不集中。另外,它们似乎能通过一种被称为细胞凋亡的过程来修复受损的身体部位。这些基因也是人类免疫系统的关键元素,其有助于清除病毒感染和癌前细胞。
      这些动物可能拥有负责头部和感觉器官的遗传部分。然而产生这些特征的这些基因之间相互作用的复杂性则都还没有得到证实。“事实上,我们可以说这些基因在某种已经灭绝了5亿年的东西上起作用,这让我很着迷,”Evans说道。这项研究得到了NASA外空生物学基金和Peter Buck博士后奖学金的支持。
      接下来,该团队计划对肌肉发育和功能展开研究以进一步了解早期动物进化。“在某些方面,我们的工作是把这些动物放到生命之树上并表明它们在基因上与现代动物和我们有联系,”Droser说道。
    2021-03-25
  • 化石研究显示海洋动物之间的进化“军备竞赛”彻底改变海洋生态系统

      据cnBeta:一项新研究显示,海洋动物之间的进化“军备竞赛”彻底改变了海洋生态系统,其规模类似于全球灾难引发的大规模灭绝。瑞典于默奥大学和佛罗里达自然历史博物馆的科学家们利用古生物数据库建立了一个多层次的计算机模型,记录了过去5亿年海洋生物的历史。他们对化石记录的分析与古生物学家J. John Sepkoski在1981年的一项开创性研究密切呼应--但有一个关键的不同。
      Sepkoski的开创性统计工作显示,大约在4.9亿年和2.5亿年前,整个海洋的生物多样性发生了突变,对应的是两次大灭绝事件。这些事件将海洋生物划分为他所说的“三大进化动物群”,每个动物群都由一组独特的动物主导。但新模型揭示了第四个。
      大约2.5亿至6600万年前,掠食性海洋动物和它们的猎物之间为生存而进行的激烈斗争可能是一种同样强大的力量,将海洋多样性重塑为我们今天所看到的样子。第三次大的转变比之前的转变要渐进得多,它是由生物体而不是外部过程所驱动的。
      “我们了解到的是,并非所有动物生命的重大转变都与大规模灭绝事件有关,”研究的主要作者Alexis Rojas说,他在佛罗里达大学获得博士学位。Rojas现在是综合科学实验室的博士后研究员,该实验室是于默奥大学致力于跨学科研究的中心。
      研究报告的共同作者Michal Kowalewski说,许多科学家长期以来一直认为,火山活动、小行星撞击或气候变化等外部因素是地球生物圈发生重大变化的主要驱动力。 Kowalewski是Rojas的博士生导师和佛罗里达博物馆汤普森无脊椎动物古生物学主席。
      “化石记录告诉我们,生命史上的一些关键过渡是由突发性外部因素引发的快速变化。但这项研究表明,其中一些主要的过渡是比较渐进的,可能是由生物之间的生物相互作用所驱动的。”他说。
      Sepkoski的工作之所以如此具有革命性,原因之一是他用数学方法解决了一个实际问题:化石记录太大、太复杂,一个人仅靠观察标本就能分辨出生命的潜在模式。他在1981年的研究导言中写道:“当对其组成部分进行单独或小群体的研究时,它们的形态、功能、相互作用和历史的复杂性往往显得不堪重负,几乎是无限的。”
      他认为,将这些组件组织成系统的层次结构,提出了一个更完整的观点。Sepkoski的模型将5亿年的海洋生物分为三个伟大的王朝,每个王朝之间都有一次大规模的灭绝,为新的群体的繁荣和统治扫清了道路。在三叶虫统治之后,被称为腕足类的动物和某些古老的珊瑚和氨虫崛起。在二叠纪末期的大灭绝之后,它们又被蜗牛、蛤蜊、甲壳类、现代珊瑚和各种骨质鱼类所取代。
      Kowalewski说,Sepkoski的假说从根本上改变了科学家对生命史的思考方式。它提供了一种有组织的方式来理解海洋生态系统的历史--总体的故事情节和情节的转折。但随着我们对化石记录的了解,Sepkoski也面临着如何分析如此庞大而复杂的信息的困境,Kowalewski说。
      “现在记录了数以百万计的化石标本,我们的大脑根本没有可行的方法来处理如此庞大的古生物数据档案,”他说。“幸运的是,分析方法不断改进,给我们提供了更好的方法来提取和检查隐藏在这些极其复杂的数据里面的信息。”
      Rojas通过使用数据建模的最新进展来应对这一挑战。具体来说,他对使用复杂的网络工具来创建一个更好的化石记录表示感兴趣。与古生物学中的其他方法不同,复杂网络使用代表物理和抽象变量的节点的链接结构来发现给定系统中的潜在模式。网络方法可以应用于社会现象--例如,显示Facebook用户与平台上朋友的互动模式--但它们也可以应用于复杂的自然系统。和Sepkoski一样,Rojas也是一位受过古典训练的古生物学家,他在寻找一种全新的视角来看待化石记录。
      “有许多进程同时在多种规模上发生:在你的社区、你的国家和整个地球上。现在想象一下一天、一年或500年内发生的过程。”他说:“我们正在做的是试图了解所有这些跨时间的事情。”
      一个简单的网络可能由一个单层组成--所有动物生命的记录和它们生活的地方。但Rojas和他的同事们的网络将不同的时间间隔作为单独的层,这是以前关于宏观进化的研究中所缺乏的特征。其结果是Rojas 所描述的一种新的、抽象的化石记录,是对博物馆收藏的标本所代表的物理化石记录的补充。
      “这很重要,因为我们提出的问题,我们研究的过程,发生在不同的时间和空间尺度,” Rojas说。“我们已经退后了一些步骤,所以我们可以查看整个化石记录。通过这样做,我们可以探索各种问题。”
      “我们的海洋生物交互式地图显示了较小的动物群体及其在每个进化动物群中的相互作用,” Rojas说。“在最基本的层面上,这张地图显示了具有特定动物的海洋区域。我们研究的构件是单个动物本身。”
      这个复杂的网络显示了Sepkoski的模型无法捕捉到的东西:海洋生物的逐渐过渡与中生代海洋革命相吻合,中生代海洋革命开始于大约1.5亿年前。这一革命最早是在20世纪70年代被假设的,它是由骨鱼、甲壳类和蜗牛等海洋捕食者的迅速增加引起的,自此以后,它们一直在海洋中占据主导地位。它们的增殖促使猎物变得更加灵活,隐藏在海底,或者通过加厚盔甲、发展棘刺或提高身体部位的再生能力来增强它们的防御能力。
      Sepkoski知道中生代海洋革命,但他的模型受限于当时的方法和数据,无法划分出这一逐渐过渡前后的海洋生态系统。Rojas和他的同事们的研究表明,物理和生物过程在塑造最高层次的海洋生命方面都发挥了关键作用。
      “我们正在将两个假说--中生代海洋革命和三大进化动物群整合成一个单一的故事,”Rojas说。“该模型显示的不是生命的三个阶段,而是四个阶段。”
    2021-03-25
  • 中国科学家在缅甸琥珀中发现恐龙时代昆虫新物种

      据人民网(赵竹青):2021年3月,中国科学家在琥珀中发现了一种前所未有的新物种。这种长相怪异的“小怪兽”长着巨大的“角”,和纤细的身体形成巨大反差。相关研究成果近日发表于国际顶级杂志《细胞》旗下子刊iscience上。3月20日起,这枚琥珀将在北京石探记博物馆进行免费展览。
      据悉,这也是人类目前发现的触角比例最大的一类昆虫,被科学家称为“大角蝽”。蝽就是人们俗称的“臭大姐”。此次发现的大角蝽是首个具有极为夸张的叶状触角的古生蝽类,也是缘蝽科中最早的有关叶状触角的记录。
      该论文的第一作者是南开大学博士杜宝洁和中国科学院动物研究所博士陈睿,通讯作者是南开大学教授肖金花、黄大卫。本研究中的琥珀来自缅甸北部克钦邦胡冈谷地,琥珀的形成年代为白垩纪中期(约9900万年前)。该大角蝽具有极为夸张的叶状扩展触角。这一发现表明,缘蝽科物种的触角扩张至少起源于9900万年前,并对化学通讯行为、防御行为和性选择行为起到至关重要的作用。
      据介绍,本研究中的缘蝽若虫“武氏大角蝽”,是以标本的提供者武力静女士的姓氏命名的。杜宝洁说,当刚拿到标本时,感到非常兴奋,因为保存于化石和琥珀中的特化特征极为罕见。武氏大角蝽夸张而精美的多节叶状扩展触角前所未有,表明部分半翅目昆虫在白垩纪中期拥有华丽的外观,并已经建立了敏感、精细的感觉系统。
      那么,如此奇异的触角相比于半翅目昆虫的普通棒状触角有哪些优势呢?陈睿注意到,该缘蝽若虫强烈扩展的触角面无疑显著增加了其表面积,可接收更多的化学信号,增强对潜在寄主植物和周围环境的感觉功能。除此之外,夸张的形态特征还可能在对配偶的定位和吸引中发挥作用,因为通常只有强壮的雄性才能支撑这么大的触角,这也为雌性寻找优质雄性提供了重要的视觉信号。
      参与了此项研究的石探记生物学研究中心刘晔表示,此次分析的是一枚若虫标本,如果未来找到成虫,触角可能更大,扩张可能更显著。研究团队会继续搜索,希望可以找到成虫个体,进一步验证这一特化特征的起源及其相关功能的假设。
    2021-03-25
  • 闪电雷击在地球生命起源中发挥的至关重要作用与陨石相当

      据cnBeta:外媒报道,一些地质学家表示,在创造地球生命出现的完美条件方面,雷击和陨石一样重要。长期以来,40多亿年前陨石中输送到地球的矿物质一直被认为是地球上生命发展的关键成分。科学家们认为,这些矿物质的极少量也是通过数十亿次雷击带到地球早期的。
      但现在来自利兹大学的研究人员已经确定,雷击与陨石一样,在发挥这一基本功能并让生命得以显现方面具有重要意义。他们表示,这表明,如果大气条件合适,生命可以随时通过同样的机制在类地行星上发展。这项研究是由Benjamin Hess在利兹大学地球与环境学院的本科学习期间领导的。
      Hess和他的导师们正在研究一种特别大的原始闪电熔岩样品,这是一种闪电击中地面时产生的岩石。该样品是2016年闪电击中美国伊利诺伊州格伦艾林的一处房产时形成的,并捐赠给附近的惠顿学院地质系。
      利兹大学的研究人员最初对闪电熔岩是如何形成的很感兴趣,但在格伦艾林的样品中发现了大量名为schreibersite的极不寻常的磷矿物,这让他们很是着迷。磷是生命的必需品,在从运动到生长和繁殖的所有生命过程中起着关键作用。早期地球表面的磷存在于不能溶于水的矿物中,但schreibersite可以。
      现为美国康涅狄格州耶鲁大学博士生的Hess说:“许多人认为地球上的生命起源于浅表水,遵循达尔文著名的‘温暖的小池塘’概念。”
      “大多数关于生命如何在地球表面形成的模型都引用了陨石,这些陨石携带少量的schreibersite。我们的工作在所研究的褐铁矿中发现了相对大量的schreibersite。
      “闪电频繁袭击地球,意味着地球表面生命起源所需的磷并不完全依赖陨石的撞击。也许更重要的是,这也意味着,在陨石撞击变得罕见之后,其他类地行星上生命的形成仍有可能。"
      研究小组估计,当地球距今约35亿年时,闪电所制造的磷矿物质就超过了陨石,这与已知最早的微化石的年龄差不多,因此闪电在地球生命出现的过程中意义重大。此外,闪电的破坏力远不如陨石撞击,这意味着闪电更不可能干扰生命发展的微妙进化途径。
      这项名为“闪电是早期地球上生物前磷减少的主要促进因素”的研究于3月16日发表在《自然通讯》上。
      利兹大学地球与环境学院根据一项计划资助了该项目,该计划使本科生主导的研究能够使用高端分析设施。
      利兹大学地球与环境学院地球化学副教授 Jason Harvey博士和地球与环境学院结构地质学和构造学教授Sandra Piazolo指导了Hess的研究项目。
      Harvey博士表示:“早期的轰击是太阳系中一次的事件 当行星的质量达到一定程度时,流星传递更多的磷变得微不足道。另一方面,闪电不是这样的一次性事件。如果大气条件有利于闪电的产生,那么生命形成所必需的元素就可以被输送到行星表面。这可能意味着生命可能在任何时间点出现在类地行星上。"
      Piazolo教授表示:“我们令人振奋的研究为未来的几个调查途径打开了大门,包括在类地早期环境中寻找和深入分析新的闪电熔岩;深入分析闪电加热对其他矿物的影响,以识别岩石记录中的这种特征,并进一步分析这种保存异常完好的闪电熔岩,以确定其中的一系列物理和化学过程。”
      他指出:“所有这些研究都将有助于提高我们对褐铁矿在改变地球化学环境方面的重要性的认识。”
    2021-03-25
  • 40秒视频展示了地球10亿年的板块构造运动

      据cnBeta:外媒报道,卡罗尔·金(Carole King)的歌《I Feel the Earth Move》绝对是下面这段视频的完美配乐。据悉,这段视频展示了地球10亿年的板块构造运动,其被浓缩成了40秒时间。一个由地球科学家组成的国际团队创建了一个让大家得以目睹地球急剧变化的构造模型。
      大陆转变,海洋重塑,直到我们走近现代,这个世界变得完全不一样。板块构造论是一种关于大块岩石(“板块”)在地球地幔上移动的理论。这些板块可以解释在很长一段时间内大陆板块位置的剧烈变化。
      这段视频展示的不仅仅是一个新奇的东西。悉尼大学表示,建立这样的板块构造模型不仅能帮助科学家理解板块的物理运动,还能帮助他们理解气候是如何变化的、洋流是如何变化的、营养物质是如何从地球深处流动来刺激生物进化的。
      板块构造的故事跟我们星球的宜居性息息相关。“有了这个新模型,”地球科学家Dietmar Muller说道,“我们离了解这个美丽的蓝色星球是如何成为我们的摇篮的更近一步。”
      视频链接
    2021-03-25
  • “翻阅”中国地层“书卷”
       近年来,中国古生物学工作者在生命起源与早期演化、澄江生物群、热河生物群、东亚人类演化等领域取得了一系列令人瞩目的研究成果。2020年,他们向世人打开了更多地球46亿年在中国留下的地层“书卷”。为了让更多人来“翻阅”这份“书卷”,中国古生物学会发布了“2020年度中国古生物学十大进展”,这是自2017年以来,第五次进行此项发布。这十项进展如何评选而出?研究古生物学的独特价值是什么?中国古生物学会理事长詹仁斌对此进行了解答。
      为何要评选“十大进展”
      据詹仁斌介绍,我国拥有得天独厚的化石资源,古生物学的学科规模在全球也居于前列。以国家级学术团体为例,“从世界范围来看,中国古生物学会是规模极为靠前的国家级的学术团体,目前拥有会员3300多人。其中专门从事古生物学科研、教学、生产实践,科学传播等工作的就有一千多位。”詹仁斌介绍说:“这些科技工作者们依托中国得天独厚的化石资源优势,艰苦努力完成研究工作。在古生物学这个领域取得了辉煌的成绩。”
      那么,如何让中国的古生物研究走进千家万户,走出国门,扩大影响呢?
      詹仁斌介绍说,这正是开展这项评选的意义所在。为了让更多人能“翻阅”数百万,上亿年的中国地层“书卷”,在2016年中国古生物学会十一届理事会第三次会议上决定,从2017年开始每年评选十项年度进展。
      “这有两个方面的考量,首先就是对年度工作进行阶段性的总结,通过梳理进一步明确我国在古生物学研究方面的优势,找出我国古生物学研究的突破点所在。”詹仁斌说:“另一方面就是想通过这样的活动,向社会进一步展示中国古生物工作者所取得的一系列的重要、重大的进展和突破,以此来推动古生物科学研究、科学传播、人才培养,化石保护等方面工作的发展。”
      目前,此项评选已经开展了四次,此次是第五次发布。此次的评选由中国古生物学会十二届五次常务理事会决定开展。由理事们推选,遴选出22项成果,经过投票评选,审委员会主任与副主任审定等程序,最后评选出这十项成果。
      古生物学有何用处
      在詹仁斌看来,我国古生物学的贡献具体表现在两个方面:其一是在古生物学学科前沿发展做出了大量原创性的工作,取得了一系列重要进展,甚至是重大的突破,为中国古生物学乃至世界古生物学的进一步发展作出了重要贡献。此次发布的这十项进展,都体现了这一特征。
      古生物学研究,还能够帮助发现煤、石油、天然气等矿产资源。例如,我国著名地质古生物学家顾知微院士,曾因对松辽地区地层古生物的研究成果,对大庆油田的发现作出重要贡献,于1982年获得国家自然科学奖一等奖。
      近年来,随着我国古生物学科技工作者对中国各纪地层的深入研究,确立了11个全球层型剖面和“点位”(金钉子)。“金钉子”是每一层地层的最典型代表,11个“金钉子”的确立,使中国成为拥有“金钉子”最多的国家。这为我国石油、天然气和页岩气等能源资源的勘探开发提供了可靠的依据,作出了不可替代的贡献。
      因此,在詹仁斌看来,古生物学另外一个重要贡献,“就是充分利用古生物的学科优势,面向经济主战场和国家重大需求,为产业部门解决了一系列重大问题,为国家的经济建设作出了一系列非常重要的贡献。”
      (本报记者 詹媛)
    2021-03-18
  • 中国古生物学2020年度十大进展在南京发布

      中新社南京3月12日电 (杨颜慈)12日,中国古生物学会在南京发布“中国古生物学2020年度十大进展”评选结果。
      本次入选成果由中国科学院、西北大学、中国地质大学(武汉)、中山大学等科研院所和高校领衔完成。成果集中反映了中国科技工作者在古生物学各个分支方向上所取得的具有国际影响力的高水平创新研究成果。
      十大进展的前五位为:基干兽类听觉和咀嚼器官模块式演化分离节点;古基因组揭示中国南北方人群迁移与混合历史;澄江动物群“章氏麒麟虾”的发现揭秘节肢动物的起源;青藏高原中部中始新世湿润低地的亚热带“香格里拉”生态系统;二叠纪—三叠纪大灭绝事件对生物古地理格局的影响。
      紧随其后的是三叠纪—侏罗纪之交气候变化与森林火灾事件:来自中国华南的化石证据;白垩纪琥珀揭示昆虫和介形虫的早期演化;环南中国海地区海岸带沉积环境演变与史前水稻农业扩张。
      此外,澄江动物群的核心价值:动物界成型和人类基础器官诞生;寒武纪大爆发时期发现最早包壳窃食寄宿关系化石亦位列十大进展。
      中国古生物学会成立于1929年,是中国成立最早的自然科学学术团体之一。2017年至今,“中国古生物学年度十大进展”的评选和发布工作已举办五届。(完)
    2021-03-15
  • 中国古生物学2020年度十大进展发布

      2021年3月12日,中国古生物学会在南京发布“中国古生物学2020年度十大进展”评选结果。
      本次入选成果由来自中国科学院、西北大学、中国地质大学(武汉)、中山大学等科研院所和高校领衔完成。其内容分别是:1)基干兽类听觉和咀嚼器官模块式演化分离节点;2)古基因组揭示中国南北方人群迁移与混合历史;3)澄江动物群“章氏麒麟虾”的发现揭秘节肢动物的起源;4)青藏高原中部中始新世湿润低地的亚热带“香格里拉”生态系统;5)二叠纪-三叠纪大灭绝事件对生物古地理格局的影响;6)三叠纪—侏罗纪之交气候变化与森林火灾事件:来自中国华南的化石证据;7)白垩纪琥珀揭示昆虫和介形虫的早期演化;8)环南中国海地区海岸带沉积环境演变与史前水稻农业扩张;9)澄江动物群的核心价值:动物界成型和人类基础器官诞生;10)寒武纪大爆发时期发现最早包壳窃食寄宿关系化石。
      本次发布的成果集中反映了我国科技工作者在古生物学各个分支方向上所取得的具有国际影响力的高水平创新研究成果。
      2017年至今,“中国古生物学年度十大进展”的评选和发布工作已举办五届,每次评选受均到学界、社会广泛关注,也极大促进了我国古生物学的发展。2020年度“十大进展”的发布,对于进一步促进学科创新发展,展示我国古生物学领域取得的重大发现和科研成果,推动科学研究、科学传播和化石保护工作具有重要意义。
      中国古生物学会成立于1929年,至今已有90年的历史,是国内成立最早的自然科学学术团体之一。中国古生物学会在团结和服务广大古生物学科技工作者、开展学术活动、国际交流合作、科普教育和人才培养等领域成果丰硕,有力推进了古生物学科的发展,成为凝聚力不断增强的、富有活力的学术团体。
      详细内容如下:
      中国古生物学2020年度十大进展包括:
      进展一 基干兽类听觉和咀嚼器官模块式演化分离节点
      听骨和齿骨分离并高度分化,是哺乳动物与爬行类的重要差别,但两种感觉器官的分离过程,一直缺乏令人信服的化石证据。中国科学院古脊椎与古人类研究所毛方园副研究员、王元青研究员领衔的研究团队,基于热河生物群基干兽类李氏源掠兽的多件标本,首次建立了中生代哺乳动物中完整听骨的三维形态,确立了哺乳动物演化中听觉与咀嚼器官分离节点的表型特征,弥合了中耳演化过程中一个关键空缺。该研究成果发表在《科学》(Science)上,杂志以内页插图形式发表了评论文章。
      李氏源掠兽正型标本及听觉和咀嚼器官模块式分离演化示意图(毛方园 供图)
      论文信息:Mao Fangyuan*, Hu Yaoming, Li Chuankui, Wang Yuanqing, Meng Jin*. 2020. Hearing and chewing modules decoupled in Cretaceous stern therian mammals. Science. 367: 305-308. 10.1126/science.aay9220. (*corresponding authors)
       
      进展二 古基因组揭示中国南北方人群迁移与混合历史
      在国际古遗传学领域,有关东亚,尤其是中国早期人群的遗传演化研究非常匮乏。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹课题组首次对中国南北方古人群首次展开时间跨度最大、规模性、系统性的古基因组研究,揭示中国人群自9500年以来的南北分化格局、主体连续性与迁徙融合历史,其首获的中国南方大陆人群核基因组填补了相关区域空白,且明确现在广泛分布在台湾岛和太平洋岛屿的南岛语系人群起源于中国南方大陆。·
      东亚南北方不同时期人群的遗传特点变化示意图
      论文信息:Melinda A. Yang, Xuechun Fan, Bo Sun, Chungyu Chen, Jianfeng Lang, Ying-Chin Ko, Cheng-hwa Tsang, Hunglin Chiu, Tianyi Wang, Qingchuan Bao, Xiaohong Wu, Mateja Hajdinjak, Albert Min-Shan Ko, Manyu Ding, Peng Cao, Ruowei Yang, Feng Liu, Birgit Nickel, Qingyan Dai, Xiaotian Feng, Lizhao Zhang, Chengkai Sun, Chao Ning, Wen Zeng, Yongsheng Zhao, Ming Zhang, Xing Gao, Yinqiu Cui, David Reich, Mark Stoneking, Qiaomei Fu*. 2020. Ancient DNA indicates human population shifts and admixture in northern and southern China. Science 369:282-288. DOI: 10.1126/science.aba0909. (*corresponding authors)
       
      进展三 澄江动物群“章氏麒麟虾”的发现揭秘节肢动物的起源
      节肢动物是地球上物种多样性和个体数量最高的动物门类。中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的“寒武纪大爆发”研究团队在云南约5.18亿前的寒武纪澄江动物群中,发现了解答“节肢动物起源之谜”的关键过渡型化石——章氏麒麟虾。章氏麒麟虾嵌合了真节肢动物和奇虾类等多种节肢动物祖先类型的形态特征,填补了节肢动物起源过程中的核心缺失环节,为节肢动物主要演化创新的起源提供了重要参考点。该研究同时解答了节肢动物第一对附肢的同源性和演化路径问题,并为解析早期节肢动物之间演化关系提供了重要信息。
      章氏麒麟虾Kylinxia zhangi正模标本(曾晗 供图)
      论文信息:ZENG Han, ZHAO Fangchen*, NIU Kecheng, ZHU Maoyan, HUANG Diying*. 2020. An early Cambrian euarthropod with radiodont-like raptorial appendages. Nature 588: 101–105. DOI: 10.1038/s41586-020-2883-7. (*corresponding authors)
       
      进展四 青藏高原中部中始新世湿润低地的亚热带“香格里拉”生态系统
      由中国科学院西双版纳热带植物园苏涛研究员、周浙昆研究员,中国科学院古人类与古脊椎动物研究所吴飞翔副研究员联合国、内外专家,深入研究了青藏高原中部中始新世湿润低地的亚热带生态系统。该项研究成果报道了青藏高原迄今物种最为丰富的新生代化石植物群,揭示高原中部4700万年前存在亚热带森林,证明青藏高原在当时和北半球其他地区有着密切的植物区系交流,并且对北半球现代植物多样性分布格局有着重要贡献。此外,古植物证据结合模型模拟表明,中始新世青藏高原中部存在温暖湿润的季风气候,具有一个海拔不超过1500米的东西向中央谷地,直到中新世才逐渐形成现在的高原。该成果为认识青藏高原主体在形成初期时的生物多样性面貌及其对全球植物区系交流的贡献打开了一扇窗口,也为探讨高原的形成过程提供了重要的古生物学依据。
      青藏高原中部班戈县中始新世种类丰富的化石植物类群(部分)
      (A) Lagokarpos tibetensis. (B and C) legume. (D) Koelreuteria sp. (Sapindaceae). (E) Ceratophyllum aff. muricatum (Ceratophyllaceae). (F) Stephania wilfii (Menispermaceae). (G) Unknown flower. (H) cf. Colocasia (Araceae). (I) Illigera eocenica (Hernandiaceae). (J) legume leaflet. (K) Vitaceae. (L) Asclepiadospermum marginatum (Apocynaceae). (M) Cedreleae (Meliaceae). (N) Limnobiophyllum sp. (Araceae). (O) Ailanthus maximus (Simaroubaceae). (P) Cedrelospermum sp. (Ulmaceae,幼果序). (Q) Cedrelospermum sp. (叶片). (R) Myrtales. (S) Ziziphus sp. (Rhamnaceae). 比例尺:10 mm: A, C, D, H, N, O, R, S; 5 mm: B, G, I, J, P, Q; 2 mm: E, F, K, L, M.
      论著信息:Tao Su, Robert A. Spicer, Fei-Xiang Wu, Alexander Farnsworth, Jian Huang, Cédric Del Rio, Tao Deng, Lin Ding, Wei-Yu-Dong Deng, Yong-Jiang Huang, Alice Hughes, Lin-Bo Jia, Jian-Hua Jin, Shu-Feng Li, Shui-Qing Liang, Jia Liu, Xiao-Yan Liu, Sarah Sherlock, Teresa Spicer, Gaurav Srivastava, He Tang, Paul Valdes, Teng-Xiang Wang, Mike Widdowson, Meng-Xiao Wu, Yao-Wu Xing, Cong-Li Xu, Jian Yang, Cong Zhang, Shi-Tao Zhang, Xin-Wen Zhang, Fan Zhao, and Zhe-Kun Zhou. 2020. A Middle Eocene lowland humid subtropical “Shangri-La” ecosystem in central Tibet. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117(52): 32989-32995.
       
      进展五 二叠纪-三叠纪大灭绝事件对生物古地理格局的影响
      深时重大地质事件对生物地理格局的影响是生物演化领域的重要科学问题。中国地质大学(武汉)宋海军、代旭等人针对关于生物古地理对大灭绝事件响应开展了深入探索。该研究发现,二叠纪-三叠纪大灭绝导致热带地区显著的生物多样性高峰消失,出现了一种扁平化的多样性纬度梯度。大灭绝后的菊石出现全球化现象,世界不同地区的菊石变得极为相似。这些发现表明气候变暖及相关的环境事件对热带地区物种和地方性物种的影响更大。
      晚二叠世到中三叠世生物多样性纬度梯度的变化(宋海军 供图)
      论文信息:Haijun Song., Shan Huang., Enhao Jia., Xu Dai.,Paul B. Wignall., and Alexander M. Dunhill., 2020, Flat latitudinal diversity gradient caused by the Permian–Triassic mass extinction: Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(30):17578-17583.
      Xu Dai., and Haijun Song., 2020, Toward an understanding of cosmopolitanism in deep time: a case study of ammonoids from the middle Permian to the Middle Triassic: Paleobiology, 46(4): 533–549.
       
      进展六 三叠纪—侏罗纪之交气候变化与森林火灾事件:来自中国华南的化石证据
      由中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员和中国地质大学(武汉)谢树成教授领衔的国际合作团队,在陆相三叠纪—侏罗纪之交气候变化与森林火灾事件研究方面取得创新成果。根据孢粉化石、分子化石和银杏植物气孔参数等多种方法,首次获取了川东鄂西地区晚三叠世到早侏罗世的古植被更替与气候变化、裂解多环芳烃(PAHs)与古火灾事件以及古大气CO2变化与温室气候等重要证据。这不仅是迄今为止东特提斯地区三叠纪—侏罗纪之交植被、古气候、古火灾事件和古大气CO2浓度最为翔实的高分辨率记录,而且首次在东亚地区揭示了该时期陆地植被、气候变化与火灾事件之间的联系。该系列成果标志着我国在三叠纪—侏罗纪之交重大地质事件方面跻身于国际学术前沿领域。三篇代表性成果2020年发表在国际地学权威刊物《地球科学评论》(Earth-Science Reviews)和《古地理 古气候 古生态》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)上。
      中国华南三叠系-侏罗系之交气候变化与森林火灾事件(1,分子化石记录;2,古植被与古气候变化;3,晚三叠世孢粉化石;4,古大气CO2重建;5,银杏植物化石与表皮气孔分布)
      论文信息: Song Yi, Thomas J. Algeo, Wenjun Wu, Genming Luo, Liqin Li, Yongdong Wang*, Shucheng Xie*, 2020. Distribution of pyrolytic PAHs across the Triassic- Jurassic boundary in the Sichuan Basin, southwestern China: Evidence of wildfire outside the Central Atlantic Magmatic Province. Earth-Science Reviews, 201: 102970.
      Li Liqin, Yongdong Wang*, Wolfram M. Kürschner, Micha Ruhl and Vivi Vajda*, 2020. Palaeovegetation and palaeoclimate changes across the Triassic–Jurassic transition in the Sichuan Basin, China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Volume 556, 15 October 2020, 109891. Zhou Ning, Wang Yongdong*, Li Ya, Porter Amanda, Kürschner Wolfram, Li Liqin, Lu Ning, McElwain Jennifer*, 2020. An inter-comparison study of three stomatal-proxy methods for CO2?reconstruction applied to early Jurassic Ginkgoales plants. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 542, 109547. (* corresponding authors)
       
      进展七 白垩纪琥珀揭示昆虫和介形虫的早期演化
      由中国科学院南京地质古生物研究所王博研究员带领的研究团队基于缅甸克钦琥珀中的标本,分析了阿纽蝎蛉科昆虫长口器的三维解剖学形态特征,并发现在白垩纪中期已出现至少5个科的长口器传粉昆虫,表明了白垩纪传粉昆虫的多样性和复杂性;确认了黑帝斯蚁特化的捕食机制,并厘定了早期蚂蚁的演化历史;重建了克钦琥珀中介形虫的软躯体结构(包括巨型精子),将动物精子化石记录提前了至少5000万年。上述成果为解释跳蚤起源,传粉和社会性昆虫以及介形虫的早期演化提供了新见解。
      克钦琥珀中的具长喙的阿钮蝎蛉
      论文信息:ZHAO Xiangdong, WANG Bo, BASHKUEV A., ARIA C., ZHANG Qingqing, ZHANG Haichun, TANG Wentao, ENGEL M.S. (2020) Mouthpart homologies and life habits of Mesozoic long-proboscis scorpionflies. Science Advances, 5: eaay1259.
      BARDEN P., PERRICHOT V., WANG Bo (2020) Specialized predation drives aberrant morphological integration and diversity in the earliest ants. Current Biology, 30: 3818–3824.
      WANG He, MATZKE-KARASZ R., HORNE D.J., ZHAO Xiangdong, CAO Meizhen, ZHANG Haichun, WANG Bo (2020) Exceptional preservation of reproductive organs and giant sperm in Cretaceous ostracods. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 20201661.
       
      进展八 环南中国海地区海岸带沉积环境演变与史前水稻农业扩张
      由中山大学郑卓教授领衔的研究团队,针对南中国海地区海岸带沉积环境演变与史前水稻农业发展之间的关系开展深入探索。该项研究成果利用孢粉记录集成的水稻农业历史发展,结合钻孔古环境数据重建的华南和东南亚地区沿海平原扩张过程,揭示出距今3-2千年是沿海平原快速堆积和扩张的关键阶段,并显示与花粉记录指示的水稻农业快速扩张同步变化。距今2.5千年开始是华南地区水稻农业快速发展和向东南亚扩散的主要过渡阶段。本研究证实了环南中国海周边地区海岸带平原沉积演化的关键过程与亚洲东南部水稻农业的爆发式扩张存在密切关系,展示了微体古生物和孢粉学在发掘历史时期人地关系等重大科学问题中不可替代的作用。
      主要三角洲和海岸平原的演变。(A) 研究区域主要三角洲平原。A1,珠江三角洲;A2,红河三角洲;A3, 湄公河三角洲;A4,湄南河三角洲。灰色虚线显示为距今6-5 ka海岸线的位置。 (B)该区域大型三角洲在5 ka以后出陆的平原面积估算。(C)沉积记录揭示的3-2 ka沉积环境的变化。(D)沉积物年龄-深度曲线显示三角洲沉积速率的变化 (马婷供图)
      论文信息:Ma, T., Rollet, B., Zheng, Z., Zong, Y. 2020. Holocene coastal evolution preceded the expansion of paddy field rice farming. PNAS, 117 (39) 24138-24143.
       
      进展九 澄江动物群的核心价值:动物界成型和人类基础器官诞生
      达尔文留下重大世纪谜题:地球三分动物树何时成型?如何成型?成型时期哪些动物最接近人类的直系始祖?综合早期生命发现的“大数据”,西北大学舒德干院士、韩健教授对上述科学问题开展深入的研究,初步破解了上述难题:1) 澄江动物群不仅延续并扩展了之前的基础动物和原口动物亚界众多门类的繁荣,更诞生了后口动物亚界的全部类群,标志三分动物树成型;2)三幕式寒武纪大爆发与动物三个亚界的诞生依次同步耦合;3)第一鱼昆明鱼目首创人类远祖的头脑和脊椎,古虫动物门则十分接近始祖们的“第一鳃裂”。
      基于分子信息和古生物学证据的三幕式寒武纪大爆发假说(舒德干、韩健 供图)
      论文信息:舒德干, 韩健, 2020. 澄江动物群的核心价值: 动物界成型和人类基础器官诞生. 地学前缘 27(6), 1-27(中文版).
      Shu, D., Han, J., 2020. The core value of Chengjiang fauna: the formation of the animal kingdom and the birth of basic human organs. Earth Science Frontiers (China University of Geosciences (Beijing) 27, 382~412 (英文版). http://www.earthsciencefrontiers.net.cn/CN/10.13745/j.esf.sf.2020.6.15
       
      进展十 寒武纪大爆发时期发现最早包壳窃食寄宿关系化石
      地球生物界中,寄生虫无处不在,但追溯地球最早的寄生现象却并不容易。由西北大学张志飞教授领导的研究团队对寒武纪大爆发时期海洋生物寄生现象起源进行了深入研究。此前古生物学家记述的寒武纪或更早的化石记录仅以少数几个化石或者印痕为依据,本研究首次以大量化石统计为基础,从宿主个体病理学的角度论证了地球上最早的专性寄生关系,提出了窃食寄生是地球上最早出现的寄生现象;发现成群矿化虫管附着在成层原位生活的腕足动物壳体上,代表地球最早的包壳(encrustation)介壳记录,将包壳生态追随到寒武纪早期,向前推进至少3000万年。
      关山动物群乌龙箐新圆货贝壳体形态和窃食寄生虫寄宿关系复原图
      论文信息:Zhifei Zhang*, Luke C. Strotz, Timothy P. Topper, Feiyang Chen, Yanlong Chen, Yue Liang, Zhiliang Zhang, Christian B. Skovsted & Glenn A. Brock, 2020. An encrusting kleptoparasite-host interaction from the early Cambrian. Nature Communications, 11: 2625.
      https://doi.org/10.1038/s41467-020-16332-3
      Feiyang Chen, Glenn A. Brock, Zhiliang Zhang, Brittany Laing, Xinyi Ren & Zhifei Zhang*, 2020. Brachiopod-dominated communities and depositional environment of the Guanshan Konservat-Lagerst?tte, Wuding County, eastern Yunnan. Journal of the Geological Society 178 (2020) jgs2020-043. 
    2021-03-12
  • 10亿年后,地球将重度缺氧

      如今,氧气约占地球大气的21%。这对于像人类这样需要氧气才能生存的大型复杂生物来说很重要。但在地球历史的早期,氧气含量要低得多,而且在遥远的未来,氧气含量可能会再次降低。近日,发表在《自然—地球科学》的一项研究发现,10亿年后,地球大气层将变成贫氧、富甲烷状态,不再适合人类居住。
      日本船桥东邦大学的Kazumi Ozaki和美国佐治亚理工学院的Chris Reinhard模拟了地球的气候、生物和地质系统,分析预测了地球大气条件将如何变化。研究人员称,在接下来的10亿年里,地球大气将保持富氧状态,之后快速的脱氧作用会让大气回到类似于24亿年前大氧化事件前的状态。
      研究人员认为,地球的含氧大气层不会是一个永久特征。这种转变的一个核心原因是,随着太阳老化,它将变得更热,并释放出更多的能量。由于二氧化碳会吸收热量并分解,因此太阳老化会导致大气中二氧化碳的数量减少。
      Ozaki和Reinhard估计,10亿年后,二氧化碳水平将变得过低,以至于包括植物在内的光合作用生物将无法生存和产生氧气。这些光合生物的大量灭绝将是氧气大量减少的主要原因。
      “氧气的下降将是非常极端的,我们估计现在的氧气将比未来多100万倍。”Reinhard说。
      研究人员还估计,届时大气中的甲烷将同时增加,并达到目前的1万倍之多。一旦地球大气开始发生变化,它们将迅速发展。研究团队的计算表明,大气中的氧气可能在短短1万年里消失。
      生物圈无法适应如此剧烈的环境变化。Reinhard表示:“之后,地球上的生命将只剩下微生物,目前隐藏在暗处的厌氧菌和原始细菌将再次占据主导地位。”陆地生物和水生生物将不复存在,臭氧层将消耗殆尽,将陆地和海洋暴露在高浓度的紫外线和炙热的太阳下。
      这项研究是美国宇航局行星宜居性研究项目的一部分,含氧的生物特征通常用于识别宜居行星,该预测对寻找其他行星上的生命具有一定意义。
      约翰斯·霍普金斯大学的Natalie Allen认为,氧气以多种形式存在,是一种非常重要的生物信号,并与地球上的生命紧密地交织在一起。但新预测表明,氧气的存在是可变的,在一个宜居星球上并不会永久存在。
      波多黎各大学的Kevin Ortiz Ceballos认为,对于其他恒星周围与地球非常相似的行星来说,在它们的大气中可能检测不到大量的氧气,即使它们能够支持或曾经支持过复杂的生命。他表示,在行星周围没有检测到氧气并不意味着它们不适合居住。
      Ozaki和Reinhard认为,可以用其他生物特征代替氧气来寻找外星生命。例如,行星大气中的碳氢化合物雾气可能会提供更持久的外星生命特征。
      相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5
    2021-03-05