科研进展
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龙门山地区发现古生代最后的珊瑚-层孔虫生物礁泥盆纪-石炭纪之交的生物大灭绝是显生宙以来所发生的重大生物灭绝事件之一。因全球范围内灭绝层位附近广泛发育了一套黑色页岩沉积（Hangenberg Black Shale），该灭绝事件也被称为“Hangenberg事件”。Hangenberg事件对浅海和深海生物以及陆地生态系统均产生了深远影响；其造成的最显著的变化之一是珊瑚-层孔虫后生动物礁的消亡。尽管全球范围内对泥盆纪-石炭纪之交的地层及化石已开展了广泛的研究，但高分辨率的生物地层研究工作仍然较少。四川北部龙门山地区以泥盆纪海相沉积序列的良好出露而闻名，是华南泥盆纪研究的经典地区之一。其中，长滩子剖面泥盆纪-石炭纪界线层保存了完整的浅水碳酸盐岩地层序列，并提供了保存精美的多门类生物化石材料来破译此时期的环境和生物变化。近期，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员梁昆和乔丽开展了龙门山地区长滩子剖面泥盆纪-石炭纪界线附近的动物群和沉积微相变化研究。相关研究成果在地学SCI学术期刊《古地理学、古气候学、古生态学》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）正式发表。研究表明珊瑚-层孔虫生物礁发育于长滩子组三段，时代为法门阶最上部，以丰富多样的层孔虫和床板珊瑚为主要造礁生物，这代表了古生代最后的以珊瑚-层孔虫组合为主的生物礁；随后发生的碳同位素漂移所指示的环境波动（EDICE层位）造成了生物礁的消失。虽然仍有少数珊瑚和层孔虫类群残存于此环境中，表现出对环境波动的韧性，但紧接而至的Lower Hangenberg事件（LHC层位）最终摧毁了珊瑚-层孔虫组合；这可能归因于大陆风化作用的显著增强以及海底广泛缺氧的强烈影响。以腕足动物和皱纹珊瑚为代表的生物复苏被发现在Upper Hangenberg事件中即已出现，例如单体无鳞板的皱纹珊瑚Hebukophyllum和Neozaphrentis等类群，代表了灾后低物种多样性水平的生物群落。研究还发现泥盆纪-石炭纪之交的动物群和岩相变化与环境变化之间存在密切的联系，环境的急剧变化对海洋生态系统造成了显著的影响，导致珊瑚-层孔虫后生动物礁的消失。本项研究得到了科技部第二次青藏科考、国家自然科学基金的资助。论文相关信息：Liang, K., Qiao, L., 2024. The last episode of coral-stromatoporoid reef and faunal changes across a Devonian-Carboniferous Boundary section of South China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112457.四川龙门山长滩子剖面泥盆纪-石炭纪之交的地层和动物群变化长滩子剖面Hangenberg事件前后动物群的重建：A.Hangenberg灭绝事件前; B. Upper Hangenberg事件后层位132024-09 -
澄江生物群化石揭示古杯动物的生态位扩张近日，以南京大学生物演化与环境科教融合中心副教授杨爱华和中国科学院南京地质古生物研究所副研究员罗翠为主的中-俄-德国际研究团队，首次在澄江生物群中报道了三类与礁丘无关、单独保存的古杯化石。相关研究成果近期发表在《古地理学、古气候学、古生态学》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）期刊上。古杯动物是一类高钙化海绵动物，是寒武纪早期海洋的标志性生物之一，也是显生宙最早的造礁动物。它们从寒武纪第二期（5.29-5.21亿年前）出现，在寒武纪第三期（5.21-5.14亿年前）繁盛，直至寒武纪第四期中期开始急剧衰落，并在5.1亿年前基本灭绝。在这两千万年的演化历史中，古杯动物发展出300多个属，全球广布，但其栖息地则主要局限于热带正常海相碳酸盐沉积环境。自1845年被首次描述以来，古杯动物一直被认为是狭适性生物。过去在硅质碎屑为主的沉积环境中发现的古杯动物化石，主要保存于硅质碎屑基底上的动物-微生物碳酸盐礁丘中，或是磷酸盐化的古杯动物骨骼碎片。澄江生物群及其周边地区属于无生物礁丘生长的硅质碎屑陆架环境。此次所报道的三类古杯化石保存于风暴事件层，且轮廓完整、结构精细，可排除其原本栖息于远方的碳酸盐岩生物礁环境、后搬运至澄江特异埋藏化石点的可能性。通过扫描电镜、X射线能谱及micro-CT研究，结果显示，化石表面的生物结构以粘土矿物成分精细保存，而化石内部的结构则多被富铁沉积物充填。研究人员依据形态将这三类化石分别归于Ethmocoscinoidea超科、Sigmocoscinidae科以及Globosocyathidae科Propriolynthus属。其中鉴定为Propriolynthus属未定种的化石与2023年一篇《自然》（Nature）论文中报道的早寒武粗枝藻化石Protomelission? sp.极其相似。基于详细的标本观察及对比，研究依据水沟系统形态和骨骼发育特征，认为将澄江标本鉴定为古杯动物证据充分。而古生代页岩中的粗枝藻化石与Protomelission? sp.和Propriolynthus sp.在形态和保存方式上均显著不同。澄江生物群的古杯化石在年代上接近华南最早的古杯动物层位，而Propriolynthus属化石则是在中国华南地区首次发现的单壁古杯代表，填补了单壁古杯动物全球迁徙扩散路线的空白。本研究还打破了古杯动物生活环境局限于碳酸盐环境的固有认知，提出部分古杯动物可能在全球迁徙过程中发生生态位扩张，从而适应了脱离生物礁直接固着于硅质碎屑基底的生活方式。而这一生态过程又促进了其生物学特征的演化，例如部分古杯动物可能退去高度钙化的骨骼而演变为无骨针的沃克西海绵类。古杯动物在布尔吉斯页岩型特异埋藏化石库中的发现，也表明这一特异埋藏窗口有潜力为解读古杯动物的生物学特征提供更多新的信息和视角。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。杨爱华与罗翠为论文的共同第一作者及共同通讯作者。论文相关信息：Yang, A.*, Luo, C.*, Han, J., Zhuravlev, A.Yu., Reitner, J., Sun, H., Zeng, H., Zhao, F., Hu, S., 2024. Niche expansion of archaeocyaths during their paleogeographic migration: Evidence from the Chengjiang Biota. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 112419. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112419.澄江生物群中Propriolynthus sp.的形态、保存方式及该属模式种Propriolynthus vologdini的骨骼解剖结构（E）。澄江生物群中Ethmocoscinoidea超科化石（A-C）与Sigmocoscinidae科化石（E-I）的形态和保存方式，及其与相应的钙化古杯化石的对比（D, J）。澄江生物群中Propriolynthus sp.复原图（A）及用于对比的粗枝藻形态结构（B-H）。单壁古杯迁徙路线及澄江Propriolynthus sp.在该路线中的位置（②）。图中数字表示古杯动物在当地最早出现的时间：1-寒武纪第二期；2-寒武纪第三期早期至中期；3-寒武纪第三期的晚期至第四期的早期。292024-08 -
辽宁侏罗纪被子植物发现胎座的同源器官被子植物起源中的一个关键问题是被子植物雌蕊的基本单位——心皮的同源器官。这个问题与相关的化石证据密切相关。近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王鑫、傅强，西北大学地质系教授孙洁，中国地质调查局沈阳地质调查中心研究员郑少林重新研究了一块早年采集的侏罗纪植物化石，并在国际期刊《植物》（Plants）上发表了题为《独特的侏罗纪子房揭示心皮的本质》的论文，为人们解答心皮的起源提供了最新资料。新发现的化石被命名为大堡异果（Xenofructus dabuensis），用以纪念化石的产地及其奇异的特征。这块化石1978年由郑少林和张武采集于辽东田师傅煤矿附近的中侏罗统大堡组地层；包括两个形态相似的炭化压型果实，果实长19-21 mm，宽6.9-8.4 mm。在被子植物起源研究方面，西方主流的古植物学家认为心皮等同于一个边缘长胚珠的叶。近来，有中国学者提出“心皮是由胎座和叶性器官共同组成的复合器官，而胎座是长胚珠的枝”的理论，然而迄今为止发现的化石证据还不是太多，此次发现的该枚大堡异果化石是一个重要补充。在原始被子植物中，果实经常是由离生的心皮发育而来，因此这些植物中的果实就是其成熟的子房，二者在结构上有很大的相似性。此次报道的两枚大堡异果保存各有不同，对二者的观察表明，其中的胚珠（种子的前身）是着生在一个枝上的，而这个枝是被叶性器官包裹起来的。这个观察结果表明，大堡异果为被子植物，因为只有被子植物才有包裹起来的胚珠。因此，大堡异果的发现为今后研究被子植物的起源和演化提供了一种新观点。大堡异果最重要的意义在于其胚珠和胎座形态。尽管现代植物功能基因研究早已表明胎座是一个长胚珠的枝，但是植物形态学家赞同“胚珠是长在叶子边缘上的”看法。而本次发现的大堡异果中的胚珠很明显是长在一个远离果实边缘的、独立的枝上。这种形貌特征明确地支持了前一观点。论文相关信息：Fu Q., Sun J., Zheng S., Wang X. 2024. Unique Jurassic ovaries shed a new light on the nature of carpels, Plants 2024, 13(16), 2239; https://doi.org/10.3390/plants13162239.同一块标本上的两枚大堡异果大堡异果的线条图。注意包裹其中的胚珠（红色）272024-08 -
辽西发现连接松柏类与被子植物的化石证据被子植物的花朵绚丽多彩，被子植物的种类丰富繁多。被子植物是人类赖以生存的重要生活资源。但是，由于缺乏关键性化石证据，被子植物来源问题却一直困扰着生物学家。近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王鑫和深圳市兰科植物保护研究中心高级工程师陈利君共同为被子植物的起源和演化提供了新的证据和看法。相关研究成果发表在国际期刊《植物》（Plants）上。新发现的化石具有介于松柏类和某些被子植物之间的形态特征，故被命名为中介少林枝（Shaolinia intermedia）。这枚化石长68 mm，宽17 mm，产自辽宁省建昌县二道沟的义县组地层，包含了直接相连的茎、叶、四颗果实。虽然该化石的总体形态与现代松柏类极为相似，但其生殖器官中却展现出了对其种子包裹的趋势，而这个趋势很可能发展为对种子的最终完全包裹，从而达到被子植物状态。一般情况下，植物都会对其种子采取一定的保护措施。但只有被子植物才把这种保护时间向前提到受粉之前。现代植物学眼中的原始被子植物之一的八角，其胚珠（种子的前身）是被一个叶性器官从下面和两侧包裹起来的，且这个包裹是有一个过程的：其叶性器官在近轴面最后才愈合封闭。因此，在化石中找到类似的结构将对人们研究被子植物起源具有重要意义。近年来在西班牙2.37亿年前三叠纪地层中发现的一块古植物化石“三叠纪跨界者”球果中已看到这种包裹种子的趋势，但其未保存营养器官，因此缺乏关于植株的其他信息。而当前该枚中介少林枝化石再次表现出了类似的包裹种子的趋势，其“球果”和枝叶直接相连。虽然现代植物学家对植物DNA序列相似度的研究不看好松柏类和被子植物的亲缘关系，但化石发现为被子植物起源提供了新的证据。论文相关信息：Wang X., Chen L.-J. 2024. Shaolinia: A fossil link between conifers and angiosperms, Plants 2024, 13(15), 2162; https://doi.org/10.3390/plants13152162.正反面保存的模式标本，可见其和松柏类一样的叶和“球果”侧生器官中的种子(s)及近轴面上未完全封闭的苞片的边缘（箭头）侧生器官各个侧面的示意图262024-08 -
华北中元古代早期高于庄组中的圆盘状微生物膜化石圆盘状碳质化石是前寒武纪最常见的化石类型之一，最早可至古元古代晚期，然而它们的生物学属性一直存在争议。近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎领导的“地球-生命系统早期演化”团队对华北燕山地区15.6亿年前高于庄组中的一类圆盘状化石进行了综合研究，结果表明这些化石是具有规则形态的微生物膜，而非此前所认为的多细胞真核生物。相关成果近期发表在国际学术期刊《地质学会杂志》（Journal of the Geological Society）上。与具有规则重复性形态的带状化石和具分枝和固着器分化的碳质化石不同，由于形态简单且缺少关键特征，前寒武纪圆盘状化石的生物学属性和成因长期存在争议。根据内部结构或有机质成分等特征，它们常被认为是多细胞真核生物或多核体真核生物（如Churaia）、原核生物（如Beltanelliformis），以及非生物成因的沉积构造。燕山地区的高于庄组不仅含有脉冲增氧事件的地质记录，还有已知最早的宏体多细胞真核生物化石和丰富的微体化石，是研究地球早期生命演化的重要窗口。在此前的研究中，高于庄组中的圆盘状化石被鉴定为圆形的Parachuaria和椭圆形的Parashouhsienia两属，而且被认为是与新元古代的圆盘化石Chuaria类似的多细胞真核生物。但考虑到两者时代相差近6亿年，而且缺乏多细胞证据，因此该解释存在很大不确定性。本研究对高于庄组三段地层中采集到的466个圆盘状化石进行了形态测量统计、显微观察和矿物成分分析。它们表现出一个连续的数毫米至数厘米，以及从圆形至椭圆形的形态范围；纵切面均为透镜状；内部表现为明暗交替的近似平行的纹层状结构，但并未发现细胞结构。纹层由白云石、粘土矿物、有机质、以及少量石英和云母等矿物组成。矿物在纵向上规律性分布，细小片状矿物（如粘土矿物）在水平方向上定向排列。这些特征均表明高于庄组的圆盘状化石不仅具有相同的成因，而且很可能是某种特殊的微生物膜（microbial biofilm）构造，是与微生物席和叠层石类似的微生物群落而非多细胞生物个体。微生物膜是现代微生物学中的一个术语，是指由一种或多种微生物及其胞外基质组成的集合体，有些微生物膜可以形成圆形、树枝状、线状、花瓣状等形态规则的肉眼可见的宏观结构。在一些环境中，细胞外基质中也可能存在矿物、粘土、淤泥等物质。微生物膜在地球历史早期可能分布很广，可以为微生物提供更适宜生存的微环境，有助于其在极端环境中存活。高于庄组的圆盘状化石表明，具有规则形态的宏观微生物膜也有潜力被保存为古生物化石。因此，对于前寒武纪一些简单且具有规则形态的宏体化石来说，并不能仅仅根据大小来判断是否为多细胞生物，还要综合其他方面的证据。本研究得到了科技部国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的共同资助。论文相关信息：Chen, K., Miao, L., Zhao, F., & Zhu, M. (2024). Discoidal carbonaceous compressions from the early Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation: a fossil example of microbial biofilm. Journal of the Geological Society, 181(4), jgs2024-005. https://doi.org/10.1144/jgs2024-005.高于庄组中的圆盘状碳质化石圆盘状碳质化石的纵切面圆盘状碳质化石的元素分布222024-07 -
硅藻AI/Si比值示踪未次冰期表层海洋Si浓度取得进展大气CO2浓度在冰期-间冰期旋回的周期性变化是晚第四纪最显著的环境特征之一，冰期较低的大气CO2浓度被认为与深海碳储库的增加有关，是研究海洋吸收和储存CO2的天然对照组。南大洋是海洋和大气进行碳交换的主要区域，其物理环流和生物地球化学过程可能控制了冰期-间冰期深海碳储库的变化。风力驱动的上涌过程将富含碳和营养物质（硅和氮等）的深层水带到南大洋表层，其中一部分碳被表层生物固定从而再次进入深海，另一部分碳则通过海气交换进入大气。冰期南大洋上涌强度减弱和表层营养利用率提高，可能是导致深海碳储库增加的首要原因。除此之外，有学者提出南大洋上涌流带来的营养物质（特别是硅）可能会被传输到中、低纬区域，从而提高这些区域的生物生产力和进一步的碳固定，造成冰期大气CO2浓度的降低，这被称为“硅酸泄露假说”。验证“硅酸泄露假说”的关键是重建冰期南大洋表层海水的硅酸浓度。前人利用蛋白石通量、生物成因Ba通量、Ba/Fe比值等指示南大洋生物生产力的变化，尚无能够直接重建表层海水硅酸浓度的指标。近年来，研究人员利用硅藻硅同位素（δ30Si）来反映硅酸利用率，从而间接指示表层海水硅酸浓度的变化。但硅藻硅同位素受样品保存、成岩作用以及硅藻种属等影响较大，同时硅酸利用率并不能和硅酸浓度直接挂钩，还受到上涌流强度等过程的影响。中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李涛与南京大学教授陈天宇等学者合作，利用南大洋ODP1094钻孔样品，通过测定硅藻壳体Al/Si比值和沉积物232Th通量，限定了6万年以来南大洋南极区的表层海水硅酸浓度。研究发现末次冰期南大洋南极区表层海水硅酸浓度明显低于全新世，可能与末次冰期上涌流减弱和铁施肥增强的共同作用有关。相关研究成果近期发表在国际知名专业学术刊物《第四纪科学评论》（Quaternary Science Reviews）。研究团队首先利用EDS-SEM、NMR和ICP-MS等测量手段，排除了成岩作用、孔隙水交代以及硅藻种属变化等因素的干扰，确认了硅壳的Al直接来自于硅藻在表层海水生物合成阶段吸收的Al，为利用ODP1094钻孔的硅壳Al/Si比值重建南极区表层海水Al/Si比值提供了理论基础。已有研究表明开阔大洋粉尘通量与表层海水溶解Al浓度具有较好的正相关关系，研究团队据此利用230Th校正后的232Th通量来反演南极区粉尘通量的变化，进而限定南极区表层海水溶解Al浓度的变化。最后将南大洋南极区表层海水Al/Si比值记录和溶解Al浓度记录相结合，获得了6万年以来南大洋南极区表层海水硅酸浓度记录。重建结果表明末次冰期南大洋南极区表层硅酸浓度显著低于全新世。结合硅藻壳体硅同位素重建结果（指示了硅酸利用率），本研究认为末次冰期南大洋南极区较低的硅酸浓度和较低硅酸利用率是上涌流减弱和铁肥增强共同作用的结果。因此，本研究结果不支持“硅酸泄露假说”，推进了我们对南大洋物理环流和生物地球化学过程的认识。论文的第一作者为南京大学杨昕瑜博士研究生。本研究得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金以及古生物学与地层学国家重点实验室的支持。论文相关信息： Xinyu Yang, Tao Li*, Tianyu Chen*, Jianfan Zheng, Wei Li, 2024. Incorporation of Al into diatom frustule as a proxy of seawater Al/Si ratios in the Antarctic Zone of the Southern ocean: Implications for surface silicic acid concentrations during the last glacial period. Quaternary Science Reviews 334. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2024.108724.南大洋OPD1094钻孔位置图ODP1094钻孔硅藻核磁共振27Al化学位移图南大洋南极区重建的表层硅酸浓度相对变化与其他古海洋记录对比图192024-07 -
埃迪卡拉纪瓮安生物群带刺疑源类研究新进展埃迪卡拉纪带刺疑源类化石具有多样性高、分布广泛的特点，不仅是生物地层划分对比的重要工具，更是为研究早期真核生物演化提供了重要化石材料。其中一些具有多细胞发育过程的大型带刺疑源类曾被解释为动物休眠胚胎。我国贵州的埃迪卡拉纪瓮安生物群也保存了丰富的带刺疑源类化石，自上世纪八十年代末以来，前人的研究工作描述了大量大型带刺疑源类（直径在200微米以上），为理解瓮安生物群的化石组合面貌和地层划分对比提供了重要证据。然而，瓮安地区的埃迪卡拉纪中小型带刺疑源类化石（直径在100微米以下为小型疑源类，直接在100~200微米之间为中型带刺疑源类）由于埋藏偏差或者不易被发现等原因，使得已报道的多样性和丰度都远低于同期的大型带刺疑源类。中国科学院南京地质古生物研究所硕士生吴俊贤在研究员殷宗军的指导下，观察了500多张瓮安黑色磷块岩薄片，发现了大量中小型带刺疑源类化石标本。这些新发现的疑源类化石有助于理解瓮安生物群带刺疑源类组合面貌，同时也增加了瓮安地区埃迪卡拉系陡山沱组与三峡地区陡山沱组以及其他地区（如澳大利亚埃迪卡拉系Pertatataka组）生物地层对比的可能。相关成果日前发表在美国古生物学会旗舰期刊《古生物学杂志》（Journal of Paleontology）上。经鉴定，研究新发现的小型疑源类化石共4属6种：Tanarium conoideum Kolosova, 1991, emend. Moczydłowska et al., 1993、Tanarium elegans Liu et al., 2014、Mengeosphaera membranifera Shang, Liu, and Moczydłowska, 2019、Mengeosphaera minima Liu et al., 2014、Estrella recta Liu and Moczydłowska, 2019、 Variomargosphaeridium gracile Xiao et al., 2014，中型带刺疑源类两类：Tanarium tuberosum Moczydłowska, Vidal, and Rudavskaya, 1993, emend. Moczydłowska, 2015、Weissiella cf. W. grandistella Vorob’eva, Sergeev, and Knoll, 2009, emend. Liu and Moczydłowska, 2019。其中小型带刺疑源类的3属4种（Tanarium elegans、Mengeosphaera membranifera、M. minima、Estrella recta）和中型带刺疑源类Tanarium tuberosum在瓮安地区属首次发现。南古生物所特别研究助理孙玮辰、研究员朱茂炎，中国地质科学院地质研究所研究员刘鹏举、副研究员尚晓冬等参与了本次研究。该研究获得了国家自然科学基金委优秀青年基金、创新群体项目和重点基金的资助。论文信息：Junxian Wu,Weichen Sun,Xiaodong Shang,Pengju Liu,Maoyan Zhu,Zongjun Yin*. New materials of acanthomorphic acritarchs from the Ediacaran Weng’an Biota (South China). Journal of Paleontology,page 1 of 23,https://doi.org/10.1017/jpa.2024.16.瓮安生物群中的部分小型带刺疑源类Tanarium conoideum瓮安生物群中的部分小型带刺疑源类Mengeosphaera minima瓮安生物群中的部分小型带刺疑源类Mengeosphaera membranifera瓮安生物群中的部分小型带刺疑源类Estrella recta192024-07 -
生命周期重建揭示瓮安生物群疑难化石旋胞类的亲缘关系近日，中国科学院南京地质古生物研究所地球-生命系统早期演化团队研究员殷宗军领衔的国际合作小组厘定了埃迪卡拉纪瓮安生物群中旋胞类疑难胚胎状化石的亲缘关系，认为它们隶属动物总界，但不是后生动物的胚胎，而是具有多细胞发育阶段且与后生动物亲缘关系较近的单细胞生物。该成果近期在英国皇家学会旗舰期刊《皇家学会会刊B辑》（Proceedings of the Royal Society B）上在线发表。我国贵州瓮安生物群是埃迪卡拉纪磷酸盐化特异埋藏化石库，距今约5.8-5.9亿年。它独特的埋藏模式使其在细胞和亚细胞层级上三维立体保存了大量胚胎状化石（因形似后生动物胚胎而得名）。瓮安生物群的年龄恰好处在分子钟预测的后生动物门类分异的关键时期，为理解寒武纪大爆发前夜复杂生命的演化，尤其是为探索后生动物的起源提供了非常重要窗口。因此，其一直是古生物学界的研究热点。然而，瓮安胚胎状化石的亲缘关系自上世纪末被解释为后生动物的胚胎后，长期充满争议。前人基于不同的化石材料提出过多种假说，包括动物胚胎说、巨大氧化硫细菌说、绿藻（团藻）说、干群动物说、动物总界说等等。之所以争议不断，主要原因是瓮安胚胎状化石形态结构简单，与显生宙常见的成年期动物化石相比，其亲缘关系的诊断性判据较少，因此难以确定这些胚胎状化石究竟代表了同一种生物的不同发育阶段，还是完全不同的化石类群。在过去的二十年来，随着显微CT和同步辐射显微断层成像等三维无损成像技术的引入，研究人员无需破坏化石标本就可以全方位分析胚胎状化石的埋藏学、形态学和细胞学特征，获得了更多生物学信息，使得建立更为完善的胚胎状化石发育过程甚至生命周期成为可能。在新技术的帮助下，瓮安胚胎状化石亲缘关系的研究取得了长足进步。目前瓮安胚胎状化石作为动物总界（=冠群后生动物+干群后生动物+动物单细胞近亲）成员的生物学属性已被广为接受，仅有的争议是，它们到底是干群后生动物还是具有多细胞发育阶段的动物单细胞近亲。为解决这一难题，南京古生物所地球-生命系统早期演化团队研究员殷宗军和朱茂炎，联合中国地质科学院地质研究所研究员刘鹏举团队、英国布里斯托大学教授Philip Donoghue团队、瑞典自然历史博物馆教授Stefan Bengtson团队，联用多模态、跨尺度成像与原位谱学分析技术，系统研究了瓮安生物群中的胚胎状化石。研究发现，瓮安生物群胚胎状化石并不是同一类群的不同发育阶段，而是包含了不同类群的不同发育阶段，说明瓮安生物群中胚胎状化石是多源的，其多样性一度被低估。这些胚胎状化石记录了多种不同的发育方式，其中脊笼球类胚胎状化石的发育过程展示了复杂的细胞迁移和重组，非常类似动物胚胎原肠胚期发育过程中出现的细胞行为，比现生的动物单细胞近亲的发育过程更为复杂，意味着动物胚胎状的发育方式有更为古老的起源。尽管取得了一些阶段性进展，瓮安胚胎状化石仍然还有诸多未解之谜等待解密，而疑难胚胎状化石旋胞类的亲缘关系就是其中之一。旋胞类化石的细胞外表面发育了独特的螺旋状沟槽或突起的脊。自1995年发现以来，先后被解释成绿藻、刺胞动物胚胎或栉水母胚胎。这些亲缘关系的解释往往都将旋胞类和另一类胚胎状化石——旋孔虫类联系在一起，认为它们代表了同一种生物的不同发育阶段。2020年，殷宗军领衔的国际合作团队系统研究了旋孔虫类的发育过程，发现旋孔虫类和旋胞类有平行的早期发育阶段，两者代表了两个独立的类群，而非同种生物的不同发育阶段，因此前人将两者关联在一起而提出的各种发育模式和亲缘关系假说需要重新审视。那么旋胞类究竟是如何发育的呢？它在动物总界中究竟是处于什么位置呢？为了回答这一难题，研究团队观察了数百枚旋胞类的标本，并采用同步辐射显微断层成像和显微CT扫描了其中176枚标本。基于三维数据，研究人员分析了旋胞类化石的埋藏学和生物学特征，发现旋胞类的标本主要是在早期分裂阶段，极少有超过64细胞期，且细胞表面的螺旋结构有利于细胞之间相互分离。研究人员通过对比旋胞类和其他瓮安胚胎状化石的异同，初步重构了其发育过程，认为它比脊笼球类的发育过程简单，更类似现存的动物单细胞近亲鱼孢子虫。因此旋胞类更可能代表了有多细胞发育阶段的单细胞生物，是后生动物的近亲，位于动物总界树的根部位置。论文的第一作者为南京古生物所特别研究助理孙玮辰，论文通讯作者是殷宗军和Philip Donoghue。本研究受到了国家自然科学基金委优秀青年基金和国家重点研发计划项目的资助。论文相关信息：Sun W, Yin Z*, Liu P, Zhu M, Donoghue P*. 2024 Developmental biology of Spiralicellula and the Ediacaran origin of crown metazoans. Proceedings of the Royal Society B 291: 20240101. https://doi.org/10.1098/rspb.2024.0101.不用发育阶段的旋胞类胚胎状化石瓮安生物群中的旋胞类疑难化石旋胞类的发育过程和系统学位置182024-07 -
长江下游地区末次冰期—间冰期转折期植被及其气候响应目前，全球气候变暖已成为国际社会广泛关注的重大议题，深入理解过去气候变化历史才能为预测未来气候变化并制定相应的对策提供科学依据。探讨冰期气候转向暖期气候的具体过程和模式，对认识现今全球增温背景下气候转型及生态系统响应具有积极的学术意义。长江下游沿江地区地处我国东部中纬度地带自然环境演变最强烈和最敏感地区的南部，是研究植被迁移、气候变化及季风进退的关键地带。然而，研究区沉积环境受海陆更迭与“海水－河流－洪水”沉积的频繁扰动，往往造成沉积环境动荡不定，孢粉来源变得异常复杂，受此背景“噪音”干扰，使得该地区真实的地带性植被面貌以及气候波动变得模糊不清。近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士生韩箫屿在导师舒军武、李保华指导下，与安徽师范大学教授吴立合作，选择巢湖地区不可多得的优质高分辨钻孔开展花粉研究。研究结果揭示了长江下游从距今最近一次冰期转向间冰期时（13900—9100年前）地带性植被格局、气候转型的重要信息，为破解这一关键时期的气候-植被之间的相互作用，以及东亚夏季风启动的驱动机制提供了新视角。相关成果近期在国际知名专业学术刊物《古植物与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）上发表。研究团队通过多次野外探勘，精选位于巢湖市同大镇南灵村LZK1502钻孔连续稳定的湖相地层，结合14C测年详细数据，重点对花粉记录进行了深入解译。这份跨越距今13900至9100年的花粉档案，记录了长江下游植被-气候的明显联动关系。研究结果发现，地球经历了末次冰盛期后（距今约2万年），冰盖消解，逐步进入末次冰消期（距今13900至11900年，深13.08-10.24 m）。孢粉记录显示该时期研究区温干类型的草原成分如蒿属（Artemisia）、禾本科（Poaceae）与落叶栎（Quercus deciduous）木本共同占优势为特征，总体呈现了温带森林草原景观；与现今东北大兴安岭—松辽平原一带植被类型相似，而与现今巢湖地区北亚热带常绿落叶阔叶混交林反差较大。推测当时气候较今干凉，冬季漫长，虽然夏季风逐步转强，但冬季风依然强盛。末次冰消期植被快速响应（森林草原—开阔林地—森林草原），反映了气候急剧波动，期间主要经历了3个百年尺度的气候事件，分别为：老仙女木冷期（13.9-13.5 ka）、阿勒罗德暖期（13.5-12.9 ka）和新仙女木冷期（12.9-11.9 ka）事件。本次研究首次发现的罕见绣球类（Hydrangea type）灌木植物对植被和气候转型十分敏感，推测是冰消期植被复苏的重要标志类型。自早全新世（距今11900至9100年）进入间冰期，气候迅速转暖，植被显著转型，表现为木本植物开始快速扩张；植被类似当今华北地区的温带落叶阔叶栎林，指示当时东亚夏季风明显转强，湿度增加，标志着相对温湿的早全新世季风气候的正式启动。期间植被较为单一，气候较为稳定。此外，团队还结合钻孔地化指标，对比了末次冰消期的东亚夏季风变化与高纬度冰芯气候记录，以及低纬度热带西太平洋海表温度记录，推断东亚夏季风在末次冰消期的千年及百年尺度变化可能受到热带太平洋海表温度和高纬度冰盖的共同调控。巢湖钻孔生动展示了末次冰消期植被快速转型，气候频繁波动的特征。进入全新世后，随着太阳辐射量增加，夏季风转强，植被和气候进入较为稳定的状态。从已发表的资料看，巢湖钻孔是目前长江中下游地区孢粉记录分辨率最高、细节揭示最详细的研究材料。本项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、安徽省“十四五”重点项目及中国留学基金委项目联合资助。论文相关信息：Xiaoyu Han, Junwu Shu *, Li Wu *, Baohua Li *, Shuguang Lu, Wei Chen, Jinglian Ge, 2024. Transformation of regional vegetation driven by climate change during the last deglacial–early Holocene at Chaohu Lake, eastern China: new pollen insights[J]. Review of Palaeobotany and Palynology, 326,105115. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2024.105115.巢湖流域地貌(A)、LZK1502钻孔位置(A、B)及岩芯(C)示意图巢湖LZK1502钻孔优势花粉类型百分比及植被、气候图巢湖钻孔末次冰消期地层中绣球属类型花粉油镜（非柳属）、扫描电镜及现生植物照片巢湖钻孔孢粉、地化指标与冰芯、石笋其他指标综合对比图162024-07 -
寒武纪Wiwaxia的时空分布及形态多样性研究进展威瓦西亚虫（Wiwaxia）是一类寒武纪大爆发时期出现的造型非常奇特的代表性生物，其身体覆盖着紧密排列的叠瓦状骨片，与环节动物和软体动物具有亲缘关系，生活于寒武纪第二世至苗岭世（约5.2-4.9亿年前）。尽管威瓦西亚虫化石记录丰富且地理分布广泛，其时空分布模式仍缺乏详细研究。此外，由于威瓦西亚虫常以离散骨片保存，完整标本稀缺，目前仅在华南、劳伦和西伯利亚板块的个别寒武纪特异埋藏化石群中有完整标本发现，限制了对其生物学、生态学及系统发育的研究。近日，中国科学院南京地质古生物研究所地球-生命系统早期演化团队副研究员孙海静和研究员赵方臣等人，报道了云南寒武系第四阶陡坡寺组一处特异埋藏化石层位，并对其中威瓦西亚虫新材料，包括1件完整标本和13枚离散骨片开展了研究。该研究成果发表在国际地学综合性期刊《全球和行星变化》（Global and Planetary Change）上。研究基于这些骨片独特的长宽比和二级纵肋结构，建立了一新种陡坡寺威瓦西亚虫（Wiwaxia douposiensis）。通过对新材料和全球已发表数据的研究，科研人员对威瓦西亚虫的时空分布演变及形态多样性进行了深入讨论。此次研究发现威瓦西亚虫在寒武纪第三期之前缺乏化石记录，表明其身体构型可能在寒武纪大爆发高峰期首次出现。该时期，华南深水区及其他板块均未发现威瓦西亚虫。尽管埋藏和采样偏差因素不能完全排除，但基于现有证据，团队提出了一个暂时的时空演变模式：威瓦西亚虫起源于寒武纪第三期华南浅水环境，随后迅速扩散到其他板块，适应了深水环境及干燥寒冷的气候，并在寒武纪第四期达到扩散高峰，至鼓山期分布范围收缩，古丈期之后消失。研究还采用定量分析方法，结果显示威瓦西亚虫的骨片兼具表型保守性和可塑性，不同种表现出一致的长宽比及与体长比的正相关性，同时不同种又具有特征性的骨片长宽比。此外，谱系分析表明骨片的纵肋模式、长宽比、表面装饰及行数是分支分类及多样性研究的有效信息。在威瓦西亚虫的演化历程中其骨片经历了由单级向双级纵肋、无饰向有饰的演变。但是目前基于威瓦西亚虫不完善信息的分析精度仍有限。期待日后有更多、更好研究材料的发现，进而能够提高其分类学、多样性及演化发育研究的准确性。本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。论文相关信息：Haijing Sun, Fangchen Zhao*, Ruolin Wu, Han Zeng, Zhixin Sun, 2024. Spatiotemporal distribution and morphological diversity of the Cambrian Wiwaxia: New insights from South China. Global and Planetary Change, 239, 104507. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104507.云南寒武系陡坡寺组中完整保存的Wiwaxiadouposiensis及骨片结构细节威瓦西亚虫的古地理分布威瓦西亚虫的地层分布162024-07