科研进展
-
被子植物走向新大陆
被子植物是当前生态系统中最重要的一个植物群。离开了被子植物，人们就无法生存。被子植物的来源和历史是植物系统学家关注的重点，而想要弄清楚相关问题，离不开化石证据。这就解释了为什么很多古植物学家都在努力寻找历史上的第一朵花。
近日，中科院南京地质古生物研究所王鑫研究员在国际学术期刊《生物系统》(Biosis: Biological Systems)上发表论文，报道了来自墨西哥的侏罗纪被子植物果实化石。这是首次在欧亚大陆之外发现早期被子植物化石，也是中国科学家首次独立研究北美的早期被子植物果实化石。
新报道的化石被命名为墨西哥迪尔切果Dilcherifructus mexicana gen. et sp. nov。之所以这么命名是因为化石的标本是由早期被子植物研究领域著名学者大卫·迪尔切院士在墨西哥采集的。1968年，年轻的迪尔切随着自己的导师西奥多·德雷佛雅斯院士参加了一次美国地质学会学术年会的会后考察，其间收集了一些侏罗纪植物化石标本，其中就包括这枚墨西哥迪尔切果的模式标本。2017年，王鑫走访了美国几所科研机构，在佛罗里达自然历史博物馆发现这枚标本并进行了研究。
该化石出自墨西哥瓦哈卡州特索阿特兰市以南9英里处西莫恩地层的一处露头。化石是嵌在淡黄色粉砂岩中的炭化压型化石（图1a）。通过相机和立体显微镜研究发现，果实呈圆形，有一个顶端和一个基部的凹陷，长10-13.6毫米，宽10-13毫米；包括一个种子和一个封闭的果皮，果皮表面光滑，种子在果实里面，呈圆形，长约8毫米，宽6-9毫米(图1a-b)。顶端凹陷处有一个长76微米、宽30微米的宿存花柱（图1b-c）。外果皮的表皮细胞呈多角形或矩形，长20-60微米，宽13-38微米（图2d-e）。气孔长25微米，宽5.4微米，被大约五个表皮细胞包围，开口方向与邻近的表皮细胞持平。
值得注意的是，研究者将其认为是被子植物果实而非种子，主要是因为通常被硬的种皮包裹的种子的瓤是很难在化石中被观察到的；只有其内部的种子比外部包裹层更硬，在压扁时才可以被看到，这种情况经常出现在被子植物的果实中。
研究表明化石属于侏罗纪时期，虽然被子植物的起源比其要早得多，但它在北美的出现代表了被子植物在侏罗纪就已经广泛分布。这一信息也促使人们重新思考被子植物的历史和相关假设。
相关研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）和国家自然科学基金的支持。
论文信息：Wang Xin, The currently earliest angiosperm fruit from the Jurassic of North America, Biosys: Biological Systems, 2021, 2(4): 416-422, doi:10.37819/biosis.001.04.0160. https://doi.org/10.37819/biosis.001.04.0160.
图1. 墨西哥侏罗纪被子植物果实化石的形态及其细节
图2. 电子显微镜下果实表面的气孔252022-01 -
酒泉盆地陆相地层记录白垩纪大洋缺氧事件以往对OAE 1b事件的研究主要基于特提斯西域的海相沉积物，而对于欧亚大陆的研究极少，这限制了我们深入了解陆地生态系统对OAE 1b的响应。
白垩纪古海洋发生过多期次大洋缺氧事件(Oceanic Anoxic Events, OAEs)，以有机碳富集、地球化学指标异常和化石组合变化为特征，包括OAE 1、OAE 2和OAE 3三个事件。发生于阿普特期-阿尔布期（Aptian-Albian）的OAE 1可以进一步划分为OAE 1a、1b、1c和1d四个子事件。其中，OAE 1b（约114.5–110.5 Ma）记录于四期黑色页岩层（由下到上称作Jacob、Kilian、Paquier和Leenhardt）中，均以有机碳同位素负偏移和总有机碳含量增高为特征，形成机制假说有大火成岩省爆发、海水分层和海平面变化等。
以往对OAE 1b事件的研究主要基于特提斯西域的海相沉积物，而对于欧亚大陆的研究极少，这限制了我们深入了解陆地生态系统对OAE 1b的响应。近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生赵向东在郑大燃研究员和张海春研究员的指导下，在酒泉盆地旱峡沟剖面下沟组与中沟组中首次发现了OAE 1b事件的记录。研究结果为重建酒泉盆地这一时期湖水中碳循环和汞循环提供了依据。相关研究成果已于近期发表于国际地学类学术出版物《伦敦地质学会特刊》（GSL Special Publications）上。
研究综合分析了盆地湖相沉积物的有机碳同位素（δ13Corg）、总有机碳含量（TOC）、总汞（Hg）含量以及Hg/TOC等特征，发现旱峡沟剖面中沟组下部记录了三次明显的碳同位素负偏移。结合中沟组底部的同位素年龄（112.4 ± 0.3 Ma），该剖面的三次负偏移可与同时期意大利Umbria–Marche盆地、法国Vocontian盆地及墨西哥Santa Rosa Canyon剖面的碳同位素曲线相对比。因此，旱峡沟剖面三次碳同位素负偏移分别代表OAE 1b的Kilian、Paquier和Leenhardt三次子事件，但不排除Leenhardt子事件发生于该剖面更上部层位的可能性。
旱峡沟剖面同样记录了五次汞富集区间（Hg/TOC值大于50 ppb/%），并可与意大利Umbria–Marche盆地Poggio le Guaine剖面的汞富集区间相对比，表明这两个剖面中的汞可能为同源，为南凯尔盖朗高原大火成岩省（Southern Kerguelen Plateau；约119.0 – 109.2 Ma）可能为OAE 1b触发原因这一假说提供了证据。此外，Hg/TOC在海、陆相地层中出现的多次峰值，也指示南凯尔盖朗高原大火成岩省的多幕式喷发。
在本研究中，上述三次有机碳同位素负偏移与五次汞异常区间并无耦合关系。这种非耦合关系可能是由于另一个未知的、与汞排放没有直接关系的轻碳储库在火山活动后被激活，进一步导致碳循环的扰动造成的。
相关研究工作得到中国科学院、科技部与国家自然科学基金委的资助。
论文信息：Zhao, X.D., Zheng, D.R., Wang, H., Fang, Y.N., Xue, N.H. & Zhang, H.C. (2021). Carbon cycle perturbation and mercury anomalies in terrestrial Oceanic Anoxic Event 1b from Jiuquan Basin, NW China. GSL Special Publications. http://dx.doi.org/10.1144/SP521-2021-149.
图1：酒泉盆地旱峡沟剖面研究层位露头照片
图2：酒泉盆地旱峡沟剖面地球化学综合曲线
图3：OAE 1b事件在酒泉盆地和海相沉积地层的对比192022-01 -
三叠纪-侏罗纪之交陆地生态系统古环境研究取得新进展三叠纪末大灭绝之后，气候变暖、海洋缺氧和海水酸化，并造成了之后侏罗纪早期的大陆化学风化作用不断增强。但是，有关火山作用、碳同位素漂移和大陆化学风化作用之间内在关系，很大程度上是推断的，迄今尚未得到有力的证据。
三叠纪末大灭绝之后，气候变暖、海洋缺氧和海水酸化，并造成了之后侏罗纪早期的大陆化学风化作用不断增强。但是，有关火山作用、碳同位素漂移和大陆化学风化作用之间内在关系，很大程度上是推断的，迄今尚未得到有力的证据。
近日，由中国科学院南京古生物研究所王永栋研究员和李丽琴博士等，与中国地质大学（武汉）等研究者组成的中外科研团队，选择了东亚地区代表高纬度（新疆准噶尔盆地的郝家沟）和中低纬度（四川盆地宣汉地区）的两个发育连续的三叠纪-侏罗纪（T-J）地层剖面，通过多种方法的分析和研究证实了造成以上现象的主要诱因是火山活动。相关研究成果发表在《自然 通讯》（Nature Communications）上。论文第一作者为中国地质大学（武汉）沈俊研究员，通讯作者为：沈俊研究员，喻建新教授，王永栋研究员。
在距今约两亿年前的三叠纪-侏罗纪(T-J)之交，是地球演化最为显著的地质突变期，发生了频繁的火山活动、气候剧变以及大规模的生物灭绝事件（显生宙“五次生物大灭绝”之一）。这次大灭绝的主要原因被认为与“中大西洋火成岩省”（Central Atlantic Magmatic Province）(简称CAMP)的大规模火山熔岩喷发有关。
这次的火山喷发主要发生在近60万年的时间内，形成了横跨北美和邻近联合大陆（简称为盘古大陆）地区的大规模岩浆沉积。因此，位于中大西洋火成岩省的大规模火山活动，是造成T-J之交大灭绝事件的主要诱因，并导致了一系列气候和生态环境的剧变和扰动。火山活动向大气中排放了大量的轻碳同位素和甲烷气体，造成了全球范围内的碳同位素负偏现象。火山活动还引起了一系列环境异常变化（比如臭氧层破坏、高温、酸化等），首先影响的就是陆地生态系统。
由于沉积环境和保存的原因，在远离火山喷发地区的陆相地层中，追踪沉积物中火山活动的记录一直是个难点。近年来研究发现，火山活动是地质历史上最重要的自然汞源，并且汞元素可以在大气中进行长距离传输，因此十分有利于在大范围的陆海地层中保存下来，可以作为追踪火山活动踪迹的良好指标。因此，近年来汞元素被用来广泛指示地球历史沉积物中古火山记录。但在三叠纪与侏罗纪之交大灭绝事件的沉积物中，汞记录的研究主要集中在泛大陆地区，而对远离泛大陆的特提斯东缘陆相地区，其研究和记录十分缺乏，尤其对陆相沉积物中的汞元素记录关注度不够。
研究团队选择的两个发育连续的T-J地层剖面均远离中大西洋大火成岩省，从而可以探究该时期大西洋大火成岩省对远离其喷发口区域的影响，进而探究T-J界线陆地沉积物中火山活动的记录及大陆化学风化响应。
研究采用包括有机碳同位素、汞浓度和同位素、化学蚀变指数(CIA)和粘土矿物等分析方法，结果显示：在距今2.01亿年的T-J之交大灭绝界线附近，位于东亚地区的准噶尔盆地和四川盆地的两个剖面都显示出明显的汞浓度的富集并伴随着碳同位素的负偏，指示火山喷发对汞和碳循环有着巨大的影响。其次，化学风化指数和高岭土含量在汞富集层位附近表现出明显的升高，这反映该时期化学风化的强度明显加强。另外，研究发现，位于高纬度地区的准噶尔盆地，其化学风化作用的加强与汞浓度的峰值几乎同时发生；而位于中低纬度的四川盆地，化学风化强度增大则滞后于汞浓度的峰值约20万年。这说明，火山活动引起的化学风化强度增大在高纬度反应更快（类似于现今地球表层的“高纬度放大效应”）。最后，利用LOSCAR模型分析，显示陆地化学风化加强，对当时大气CO2有非常重要调节作用。
研究还发现，增强的化学风化作用持续了约200万年，这与碳循环模型的结果预测是一致的，即碳释放事件发生后，大气中过量CO2的减少需要时间。最后，这些数据还表明，在气候变暖过程中，高纬度大陆环境对风化强度的变化比低/中纬度地区更敏感。
同时，该研究结果还获得了以下几个创新性结论: 1）在远离泛大陆的特提斯东缘地区也具有显著的火山活动信号，说明在三叠纪-侏罗纪之交的火山活动影响可能扩大到全球范围；2）作为对火山喷发的响应，陆地化学风化强度在三叠纪与侏罗纪之交出现明显的增大，并且高纬比中低纬地区的响应程度更显著；3）化学风化是三叠纪与侏罗纪之交火山活动活跃期，地球系统自我调节和吸收大气CO2、增加碳汇的重要手段。
本项研究得到了国家自然科学基金重大项目、基础科学中心项目、面上项目、中国科学院战略先导B类项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室自主和开放项目、国家外专局和教育部111项目、中国博士后基金项目以及国际地球科学计划项目（IGCP739）联合资助与支持。
论文相关信息：Jun Shen*, Runsheng Yin, Shuang Zhang, Thomas J. Algeo, David J. Bottjer, Jianxin Yu*, Guozhen Xu, Donald Penman, Yongdong Wang*, Liqin Li, Xiao Shi, Noah J. Planavsky, Qinglai Feng, Shucheng Xie, 2022. Intensified continental chemical weathering and carbon cycle perturbations linked to volcanism during the Triassic-Jurassic transition. Nature Communications, 13, 299. https://www.nature.com/articles/s41467-022-27965-x.
图1. 约2亿年的晚三叠世全球古地理图。五角星代表中国准噶尔盆地和四川盆地两个剖面的古地理位置；圆圈和正方形分别表示已经报道的海相和陆相汞记录剖面。CAMP代表中大西洋火成岩省分布范围
图2. 新疆准噶尔盆地郝家沟剖面（上）和四川盆地宣汉剖面（下）图
图3. 新疆准噶尔盆地和四川盆地两个三叠纪-侏罗纪之交地层剖面的多参数分析结果，包括碳同位素、汞元素、化学分化指数以及黏土矿物等指标172022-01 -
内蒙古发现侏罗纪时期花蕾被子植物可以通过花来区别于裸子植物及其他植物，因此，花的相关记录是研究被子植物化石的一个理想代表。然而，花的结构通常过于脆弱，难以保存在化石记录中。这也使得被子植物及花的起源一直是古植物学研究中的争议焦点。
被子植物可以通过花来区别于裸子植物及其他植物，因此，花的相关记录是研究被子植物化石的一个理想代表。然而，花的结构通常过于脆弱，难以保存在化石记录中。这也使得被子植物及花的起源一直是古植物学研究中的争议焦点。
国际主流的植物学家认为，现在世界上最为繁盛的植物类群被子植物是始于大约距今1.3亿年的早白垩世。但是，中国学者对于中国化石材料的研究表明，这种说法是值得商榷的。这种学术上的争议使得被子植物起源的很多理论问题难以得出定论。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所王鑫研究员和华南农业大学的科学家合作，在伦敦地质学会特刊（Geological Society, London, Special Publications）报道了发现于内蒙古宁城道虎沟的中晚侏罗世地层中的花蕾——侏罗花蕾（Florigerminis jurassica gen. et sp. nov.）。这是目前为止全球最早的花蕾化石记录。
该化石呈现以下特点：首先，它的果实和已知的任何裸子植物迥然不同，且其花蕾有多枚花被片包裹花心，这是在裸子植物中几乎从未见过的；其次，它的果实和花蕾在大小、形貌方面均有较大反差，表明侏罗花蕾在发育过程中可在形貌上发生变化；此外，侏罗花蕾不仅有花蕾，而且有直接相连的果实、枝，以及叶留在枝上的痕迹。上述特点表明，被子植物的花在侏罗纪是存在的，与最近的植物学研究进展一致。
相关研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）和国家自然科学基金的支持。
相关信息：Da-Fang Cui, Yemao Hou, Pengfei Yin, Xin Wang, 2022. A Jurassic flower bud from China. Geological Society, London, Special Publications, 521, https://doi.org/10.1144/SP521-2021-122.
左图，与茎相连的果实和尚埋在岩石里的花蕾（箭头）；右上，与果柄相连的果实；右下，经过修理而暴露出来的花蕾132022-01 -
西藏南羌塘地块二叠纪空谷期牙形类和蜓类研究取得新认识
牙形类和类是二叠纪生物地层和年代地层划分最重要的两个化石门类。然而，传统上以类为标准的特提斯年代地层划分标准和当前应用的以牙形类为标准的国际年代地层标准之间的对比一直存在较大的争议。如下-中二叠统之交的国际地层标准Kungurian-Roadian阶如何同特提斯标准Bolorian-Kubergandian-Murgabian阶进行对比是国际同行争论的焦点。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所张以春研究员课题组、与中国矿业大学袁东勋副教授以及南京大学沈树忠院士等共同合作，针对产于西藏南羌塘地块民卓茶卡一带二叠纪地层中的类和牙形类动物群开展了系统研究。研究认为，类和牙形类动物群的这一共生关系表明特提斯标准的Murgabian阶底界是可以和国际年代地层标准的Kungurian阶上部进行对比的。相关成果近期发表于国际地学期刊《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。
研究发现，类和牙形类均产自于玄武岩之上的鲁谷组地层中。牙形类主要由Mesogondolella siciliensis，M. qiangtangensis sp. nov.，Sweetognathodus subsymmetricus和S. guizhouensis组成，时代属于Kungurian晚期。共生的类主要有：Neoschwagerina simplex， Armenina asiatica， Yangchienia tobleri和Pseudodoliolina ozawai minima；其时代为Murgabian期。
另外，在古生物地理上，南羌塘Kungurian晚期牙形类Mesogondolella-Sweetognathodus暖水动物群组合与拉萨地块Mesogondolella-Vjalovognathus混生动物群组合形成显著差别。同样，南羌塘Kungurian晚期普遍含有暖水型的Neoschwagerina，Armenina等类；但在整个拉萨地块上，此时并没有类出现，而是以混生型的牙形类和腕足类动物群为主。因此，南羌塘地块上Kungurian晚期的生物类群和拉萨地块的截然不同，这一现象为研究团队之前的推断提供了更有力的证据，即表明位于南羌塘地块和拉萨地块之间的班公湖-怒江洋至少在Kungurian晚期之前存在有一定的宽度。
该研究得到国家自然科学基金委、科技部第二次青藏科考项目以及中科院战略专项B类项目联合资助。
文章相关信息：
Yuan, D.X.*, Zhang, Y.C. *, Qiao, F., Xu, H.P., Ju, Q., Shen, S.Z., 2022. A new late Kungurian (Cisuralian, Permian) conodont and fusuline fauna from the South Qiangtang Block in Tibet and their implications for correlation and paleobiogeography. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, in press. Doi: https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2021.110822.
南羌塘民卓茶卡地区综合柱状图
牙形类代表性属种
类代表性属种
二叠系国际年代地层划分标准与特提斯年代地层划分标准对比关系
122022-01 -
缅甸琥珀中发现最古老的蚂蚁模仿者奇翅科被认为是缅甸琥珀中最奇特的昆虫之一，最早仅在白垩纪中期缅甸琥珀中发现，随后在巴西的早白垩世地层和美国的始新世地层中也有少量产出。但是，对于奇翅科的生活习性、系统发育关系和演化历史一直极具争议。
奇翅科被认为是缅甸琥珀中最奇特的昆虫之一，最早仅在白垩纪中期缅甸琥珀中发现，随后在巴西的早白垩世地层和美国的始新世地层中也有少量产出。但是，对于奇翅科的生活习性、系统发育关系和演化历史一直极具争议。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所硕士生罗慈航在王博研究员指导下，与研究所的梁昆副研究员、李丽琴博士等合作，基于中、美、德、斯洛伐克等国的馆藏标本，利用光学显微镜、激光共聚焦显微镜、Micro-CT三维形态重建、几何形态测量学、系统发育学等技术手段，对奇翅科昆虫的形态、系统发育关系、生态行为等进行了综合分析。同时，研究团队还在缅甸琥珀中发现了一类拟态蚂蚁的奇翅若虫，为拟蚁行为的早期演化提供了新观点；并论证了这类昆虫的成虫具有拟态蜂类的行为。这项研究揭示了目前已知化石证据中唯一具有转换拟态行为的昆虫类群。研究成果已在线发表在地球科学综合类期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）。
本研究取得的主要进展和意义如下：
1. 发现了世界上最古老的蚂蚁模仿者。拟蚁行为（myrmecomorphy）是一些动物从形态和行为上模拟蚂蚁的现象，属于一种特殊的拟态行为，在自然界分布非常广泛。目前已知在11个目2000多种节肢动物中独立演化超过30次。由于研究者很难从化石中发现拟蚁行为的确切记录，所以我们对拟蚁行为的起源及其演化机制了解很少。
此次研究团队在缅甸琥珀中发现了一类极为特殊的奇翅科若虫。通过定量的几何形态测量学分析，表明这类奇翅若虫整体的形态特征非常接近缅甸琥珀中的原始蚂蚁（蜂蚁类）。且这类奇翅若虫的腹部有一定程度的收缩，类似蚂蚁的柄腹。此外，这类奇翅若虫的触角和腿部的形态、比例也非常接近蜂蚁。综合以上证据，显示这类奇翅若虫完美地拟态蜂蚁，即拟蚁行为在蚂蚁起源不久就出现了。该发现是迄今为止最古老的确切的拟蚁行为证据，将拟蚁行为的化石记录提前了近五千万年。
2. 论证了奇翅科存在拟态蜂类的行为和转换拟态行为。研究团队发现，之前已经报道的一类奇翅成虫的胸腹部具有一定的收缩，类似蜂类的“细腰”。同时这类奇翅虫缩短的前翅类似蜂类的翅基片，后翅的形态也很接近蜂类的翅膀；尤其是身体的形状和大小非常接近缅甸琥珀中的长背泥蜂。这表明这类奇翅虫很可能具有拟态蜂类的行为，这也是目前化石中最古老的蜂类拟态行为的证据。更有趣的是，这类奇翅虫的若虫和成虫分别拟态蚂蚁和蜂类。该发现提供了目前化石证据中唯一已知的转换拟态行为（transformational mimicry，即在不同生命阶段拟态不同的对象）的证据。
3. 首次发现奇翅虫传粉的化石证据。通过对斯洛伐克馆藏的一块缅甸琥珀的研究，研究团队在奇翅目身体及周围发现了大量裸子植物的花粉，表明奇翅虫很可能是一类传粉昆虫。这是目前在多新翅部（一类较低等有翅昆虫的总称）昆虫中发现的唯一的传粉证据。奇翅虫所属的网翅总目（包含蟑螂、螳螂、白蚁）在晚古生代和早中生代很繁盛，因此该发现也表明网翅总目可能是最古老的传粉昆虫之一。
4. 修订了异形目的分类地位。异形目被认为是缅甸琥珀中一类分类位置不清的奇特昆虫。本研究基于大量标本的形态学观察和总结，以确切证据表明了异形目实际上是一类特殊的奇翅若虫。
5. 厘定了奇翅科的分类地位和演化历史。研究团队选取了39个类群共56个特征进行系统发育分析，结果表明奇翅科是网翅总目内一类特化的类群，与玉门鞘蠊近缘。奇翅科不应被单独列为一目，而是应该和玉门鞘蠊一起，组成与螳螂目近缘的奇翅目。奇翅目可能起源在晚侏罗世，在早白垩世兴盛，之后走向衰落，是网翅总目占据新生态位的一次“失败的”演化试验。
除此之外，本研究还报道了蛉类幼虫对奇翅若虫的直接捕食行为。上述发现为我们重建白垩纪陆地生态系统提供了直接证据，也再次证明昆虫在白垩纪已经演化出极其复杂的行为，为我们理解现代生态系统的起源和演化提供了新视野。
本研究得到科技部和国家自然科学基金委的资助。南京古生物所杨定华绘制了部分生态复原图，吴素萍提供了Micro-CT的技术支持。感谢黄憶人先生和夏方远先生为本研究提供了部分标本。
论文信息：Luo Cihang, Beutel R.G., Engel M.S., Liang Kun, Li Liqin, Li Jiahao, Xu Chunpeng, Vrsansky P., Jarzembowski E.A., Wang Bo, 2021. Life history and evolution of the enigmatic Cretaceous–Eocene Alienopteridae: A critical review. Earth-Science Reviews. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103914.
图1 奇翅科及相关类群化石照片
图2 奇翅科复原图（黎家豪绘制）
图3 奇翅科若虫和蜂蚁标本照片，右侧标M的为蜂蚁
图4 奇翅科生态复原图（杨定华绘制）A：若虫，左下侧为奇翅科，右下侧两只为蜂蚁；B：成虫
图5 奇翅科及相关类群的系统发育图112022-01 -
二叠纪末大灭绝前后海洋氧化还原条件演化历史及其驱动机制
距今约2.52亿年前的二叠纪末期发生了显生宙最大的生物灭绝事件，造成了约81%的海洋物种和89%的陆地物种在地球上完全消失。强烈而大规模的火山喷发很可能是这次灭绝事件的触发因素，而火山喷发后气候变暖所导致的海洋缺氧则可能是造成海洋生物灭绝的一个直接原因。尽管已有大量证据支持二叠纪末-三叠纪初的海洋存在极端缺氧事件，但也有报道显示，在二叠纪-三叠纪之交出现了氧化底栖海洋条件。这些矛盾很可能是缺氧指标的差异性、缺氧事件空间分布的不均匀性造成的。
另外，有观点认为在二叠纪末生物大灭绝之前海洋环境已发生恶化，然而，关于灭绝事件发生之前乐平世（晚二叠世）海洋氧化还原状态的研究还相对较少。因此，对二叠纪末生物大灭绝之前及期间的海洋氧化还原条件开展进一步的研究，对揭示缺氧事件时空分布，以及海洋缺氧在二叠纪末生物大灭绝中的重要性等都具有科学意义。
最近，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队郑全锋副研究员、张华研究员、王玥研究员、曹长群研究员与中国矿业大学、南京大学的合作者，对四川广元上寺二叠系-三叠系界线剖面（剖面主体位于青川县建峰镇）进行了高精度沉积学和遗迹学研究。利用遗迹群落、遗迹组构指数（ii）和最大潜穴直径（MBD）为氧化还原指标，重建了该区晚二叠世至早三叠世早期海洋底层水体氧化还原条件演化历史；通过区域内剖面对比和不同氧化还原指标对比研究，并结合前人的同位素年龄和旋回地层学研究资料，阐明了该时期各氧化还原条件变化阶段的时空分布；并在高精度沉积学研究的基础上，通过事件地层学对比研究，揭示了不同时空尺度氧化还原条件变化的驱动机制。该研究成果已在线发表于《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）。
研究发现，在晚二叠世至早三叠世早期，上寺地区海底的氧化还原条件存在短期和长期两种时间尺度的变化。短期变化在剖面上主要表现为厘米-分米级的灰岩和泥岩/泥灰岩的旋回性沉积。泥岩/泥灰岩中主要发育贫氧相的遗迹群落，生物扰动较弱（ii值较小），潜穴直径较小，因而形成于较还原的海底环境；灰岩中发育富氧相的遗迹群落，生物扰动较强（ii值较大），潜穴直径较大，形成于较氧化的海底环境。长期变化主要表现为米-十米级的岩相组合、遗迹群落和潜穴特征的变化。通过沉积学和区域对比研究表明，灰岩层所代表的短尺度高频氧化事件为地区性信号，主要由风暴或浊流造成的水体混合作用所形成；长尺度的海底氧含量变化则为区域性或全球性信号，主要为区域性或全球性因素所驱动。
到了吴家坪中期-长兴早期，上寺地区的海洋底层水持续处于缺氧甚至硫化状态，水体缺氧一直持续了390万年（256.974-253.073 Ma）。中吴家坪期-早长兴期深海缺氧事件在区域范围内普遍存在，并为浅海碳酸盐岩的铀同位素（δ238Ucarb）所反映，因此其属于区域性甚至全球性信号。这一长期的海洋缺氧事件在上寺地区主要由古地理局限、高海平面、高海洋生产力和可能的全球性气候变化所造成。
在上寺地区，长兴期海底氧化事件于253.513Ma拉开序幕，在253.073Ma进入主幕，并在252.739Ma进一步增强。这一长期的海洋氧化事件在铀同位素和海相蒸发岩的硫同位素（δ34Sevaporite）记录中均有反映，因此为全球性信号。长兴期全球性海洋氧化事件很可能由早长兴期的全球变冷事件所触发，这一气候变冷事件造成当时海洋的表层温度下降了约6℃，寒冷气候一直持续到二叠纪末生物大灭绝前。
该项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的共同资助。
论文相关信息：Zheng, Q.F.*, Zhang, H., Yuan, D.X., Wang, Y., Wang, W.Q., Cao, C.Q., Shen, S.Z., 2022. High-resolution sedimentology, ichnology, and benthic marine redox conditions from Late Permian to the earliest Triassic at Shangsi, South China: Local, regional, and global signals and driving mechanisms. Earth-Science Reviews, 225:https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103898.
表1 本研究中使用的氧化还原条件及其遗迹学和沉积学定义和对应氧含量
Conditions
MBD (mm)
ii
Sedimentary fabric
Oxygen (ml/l)
Euxinic/anoxic
0
1
Well laminated; no sighs of biogenic structures.
0 (H2S)
suboxic
0-5
2-4
Well to faintly discontinuously laminated; partly bioturbated.
0-0.15
Lower dysoxic
0-5
5-6
Completely bioturbated or homogenized.
0.15-0.5
Upper dysoxic/oxic
5-10
5-6
Completely bioturbated or homogenized.
≥0.5
Oxic
≥10
5-6
Completely bioturbated or homogenized.
≥2.0
图1 上寺剖面吴家坪组顶部（A, B）和大隆组底部（C-G）岩相和微相及风暴沉积（A, C-E）
图2 上寺剖面吴家坪组顶部-飞仙关组底部沉积柱状图及遗迹群落（Ichnoc.）、遗迹组构指数（ii）、最大潜穴直径（MBD）、氧化还原条件（RC）、长尺度遗迹组构指数（s-ii）、长尺度最大潜穴直径（s-MBD）、长尺度氧化还原条件（sRC）、天文年龄（AA）和相对海平面（RSL）变化。U-Pb年龄引自Shen et al., (2011)，ARM引自Wu et al. (2013)
图3 上寺地区晚二叠世至早三叠世早期海洋底层水体氧化还原条件变化及驱动因素102022-01 -
蓝田生物群中丘尔藻的特异保存机制
丘尔藻（Chuaria）呈球状或盘状，是早期宏观藻类中研究较早、延续时限较长、分布较广泛的一类化石。丘尔藻主要保存在富含有机质的细碎屑岩中。其保存模式是我们了解并研究软躯体化石矿化过程和特异保存机制，包括有机碳矿化过程，以及与黏土矿物之间的作用机理等的重要窗口。
丘尔藻化石常见于我国埃迪卡拉纪约六亿年前的蓝田生物群中，大部分以碳质压膜的形式保存在蓝田组的黑色页岩中。蓝田组二段上部的黑色页岩具较高的TOC含量（> 10%）和黄铁矿含量（> 5%），这段黑色页岩中的丘尔藻主要以黄铁矿化形式保存，且在黄铁矿化实体外围多包裹有硅酸盐矿物。长期以来，研究者对这些包裹矿物的成分和作用一直了解甚少。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所王伟副研究员等利用光学显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析和拉曼光谱分析等技术手段，对蓝田生物群中黄铁矿化丘尔藻化石开展了综合性埋藏学分析。本研究提出了丘尔藻化石的埋藏学模型，为进一步了解化石黄铁矿化过程，以及黏土矿物在化石化过程中的作用机制提供新认识。相关研究成果近期发表于国际学术期刊《前寒武纪研究》（Precambrian Research）上。
研究认为丘尔藻的黄铁矿化过程发生在化石矿化早期，并至少分为两期，而黄铁矿化更有利于化石体的保存。此后，黄铁矿化丘尔藻被板状矿物所封套包裹，它们是由石英和富镁铝硅酸盐矿物组成。封套矿物的形成应晚于化石黄铁矿化阶段，很可能形成于后期成岩阶段，并没有参与早期的化石化过程。封套黏土矿物中的镁元素可能来自于同层位碳酸盐岩的溶解，而石英来自于富含硅的流体。先前的热动力模拟也证实石英和富镁铝硅酸盐矿物可以在富硅的流体中同时形成，支持了上述推断。
一般认为，黏土矿物在软躯体化石的早期化石化过程中扮演了关键角色，而本研究则表明，蓝田生物群丘尔藻化石的外层黏土矿物可能是后期形成，与早期化石化作用无关。化石体不同部位所分布的自生黏土矿物在化石化过程中所起到的作用可能存在差异，后续工作将进一步就以上问题开展深入探讨。
本研究得到中国科学院、国家自然科学基金和中国石油勘探开发研究院科学研究与技术开发项目的共同资助。
论文信息：Wang Wei*, Guan Chengguo, Zhao Xianye, Fang Yan, Zhou Chuanming, Yuan Xunlai (2022) Taphonomic study of Chuaria fossils from the Ediacaran Lantian biota of South China. Precambrian Research, 369: 106529. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2021.106529.
图1 丘尔藻的显微镜图片及矿物组成分析
图2 丘尔藻外围板状矿物的形态及矿物成分分析
图3 丘尔藻化石化过程示意图072022-01 -
新疆塔城泥盆系古油藏时代和成煤植物研究取得新认识
泥盆纪时期森林首次出现，也发生了最早的陆生植物成煤作用。新疆北部准噶尔盆地西缘的中-晚泥盆世地层中产出有丰富的植物化石，并报道有烃源岩与古油藏。古油藏是地质历史时期曾经形成油藏，后经地质作用破坏已不再是油藏，但留下了固体沥青等重要标志。前人虽已对该处古油藏的成因、破坏机制等进行了研究，但并未对古油藏中植物大化石和准确地质时代进行详细研究，且对于地层层序的认识也存在争议。因此，对泥盆系古油藏地质时代和生烃生物的研究，既是古生物学与地层学领域的基础科学问题，同时也对新疆准噶尔盆地的资源勘探开发具有指导意义。
最近，中国科学院南京地质古生物研究所泥盆系研究团队徐洪河研究员、王怿研究员、研究生刘炳材、博士生王凯，联合中国地质大学（武汉）纵瑞文副教授对准噶尔盆地西缘的古油藏地层开展了综合研究。通过植物大化石和地层学方面的系统研究确定了古油藏的地质时代和地层层序，对成煤植物化石也取得了系统性认识。相关研究成果发表在《地层学杂志》和国际植物学专业期刊Plants上。
本研究通过对泥盆系古油藏剖面及其上下层位岩性的详细研究,发现古油藏剖面地层为中泥盆统呼吉尔斯特组。核心层厚2m左右，岩性以砂岩、泥岩为主，地层层序为:下伏不整合下侏罗统的八道湾组，上覆上泥盆统朱鲁木特组,再往上为上泥盆统洪古勒楞组。根据古油藏露头地层中所产的Barsassia和Hoxtolgaya植物化石及岩性特征，将其时代确定为中泥盆世吉维特期。
研究团队还对古油藏中的Barsassia属的植物化石进行了研究。该属自1933年建立以来长期缺乏系统性研究，从而造成该属属征不明，不同种之间鉴定混乱等问题。本次研究基于新疆泥盆系古油藏中Barsassia属的新材料，对该属进行了系统修订，确定了Barsassia ornata为该属的模式种，并指定了新模标本。研究还明确了Barsassia ornata具有扇形或矩形叶片，包裹茎干形成阶梯状结构的鉴定特征。该鉴定特征易于识别，能够为西伯利亚、哈萨克斯坦、新疆、华北等地中泥盆统陆相地层的对比提供重要依据。
论文相关信息：
刘炳材, 纵瑞文, 王怿, 徐洪河*. 2021. 新疆北部准噶尔盆地西缘泥盆系古油藏的地质时代. 地层学杂志, 45(2): 196-203. https://doi.org/10.19839/j.cnki.dcxzz.2021.0018.
Liu, B. C; Wang, K.; Zong, R. W; Wang, Y.; Xu, H. H*. 2021. Morphology and Nomenclature of Barsassia (Lycopsida) from the Middle Devonian of West Junggar, Xinjiang, China. Plants, 10, 2631. https://doi.org/10.3390/plants10122631.
图1 新疆北部塔城地区古油藏剖面地层层序，野外露头情况及部分植物化石
图2 新疆北部塔城地区古油藏剖面中的Barsassia ornata 化石，具有易于识别的阶梯状结构的鉴定特征和扇形或矩形叶片072022-01 -
华南埃迪卡拉纪宏体藻类研究取得新进展
宏体藻类是海洋生态系统中重要的组成部分，它们不仅是高效的初级生产者，还可作为许多其他生物的食物和栖息地。底栖宏体藻类的演化在中元古代到新元古代早期（约16至6亿年前）经历了一段漫长的停滞，之后却在埃迪卡拉纪发生了快速的形态分异和辐射事件。伴随着宏观形态的快速分异，底栖宏体藻类的固着器也迅速多样化。
固着器将藻类固定在底质上，其形态除了属种特征的区别外，还在很大程度上受到基底性质的影响，反映了当时藻类的固着策略。因此，研究宏体藻类的固着器不仅可以反映藻类自身形态的多样性，也可以起到指示基底性质的作用。
寒武纪底质革命是地史上最重大的底质转变之一。前寒武纪广泛分布着分层良好、含水量低的硬质基底，在底质革命之后被含水量高的混合基底所取代。这一转变通常被认为是由生物扰动导致的，但考虑到部分基底的转变在寒武纪早期就已经完成，以及埃迪卡拉纪晚期多样的遗迹化石，寒武纪底质革命的发源应当可以追溯到前寒武纪。近年来，在埃迪卡拉纪蓝田生物群和庙河生物群中发现了大量保存了固着器的精美宏体藻类化石，它们提供了少有的可以从化石生物学角度检验埃迪卡拉纪基底性质的机会。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队万斌副研究员，指导博士研究生王霄鹏等人，与贵阳学院的研究人员合作，对华南埃迪卡拉纪宏体藻类固着器多样性及固着策略的演化进行了综合研究。研究成果发表于知名地学期刊《地球科学前沿》（Frontiers in Earth Science）。
该研究对我国埃迪卡拉纪早期蓝田生物群和晚期庙河生物群中的宏体藻类的固着器进行了形态功能学分析，将其分为锥形底部、球状固着器、复合球状固着器、圆盘状固着器、拟根状固着器和水平连接固着器等六种类型。同时，通过这两个时间窗口中固着器形态功能的演变，进一步分析了埃迪卡拉纪藻类固着策略的演化。
研究发现，埃迪卡拉纪之前，宏体藻类的固着器小而简单，以圆盘状为主，但足以使其固定于微生物席表面。而到了埃迪卡拉纪，微生物席生态系统衰落，直立底栖生态系统开始建立。此时固着器迅速多样化，反映了固着策略的创新。并且固着策略与基底的性质密切相关。从蓝田生物群到庙河生物群，宏体藻类的固着策略发生了较大改变：在更古老的蓝田生物群中，80%以上的物种展现出对硬质底质的适应，而没有物种明显体现出对粥性底质的适应；而到了较年轻的庙河生物群，硬质底质与混合底质的比例分别变为31%与41%。这些转变很有可能反映了底质含水量在该时期显著增加，以及氧化还原界面的不断下潜，说明寒武纪底质革命的前奏可能在埃迪卡拉纪就已经出现。
该研究得到国家自然基金面上项目和创新研究群体项目，中科院战略先导专项（B）项目，科技部重点研发计划，现代古生物学和地层学国家重点实验室和中科院青促会项目的联合资助。
论文信息: Wang X, Wu M, Wan B*, Niu C, Zheng W, Guan C, Pang K, Chen Z and Yuan X (2021) Evolution of Holdfast Diversity and Attachment Strategies of Ediacaran Benthic Macroalgae. Front. Earth Sci. 9:783427. http://doi.org/10.3389/feart.2021.783427
图1 埃迪卡拉纪早期蓝田生物群中的宏体藻类和固着器形态。比例尺为10 mm（A、C、E、G）和1 mm（B、D、F、H）
图2 埃迪卡拉纪晚期庙河生物群中的宏体藻类和固着器形态。比例尺为10 mm
图3 宏体藻类固着器形态与固着策略对底质改变的响应示意图312021-12