科研进展
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缅甸琥珀揭示发光甲虫的早期演化
生物发光现象广泛地存在于各类生物中。在陆生动物中，能进行生物发光的物种大多都属于鞘翅目昆虫（俗称甲虫），而其中又以叩甲总科（萤火虫及其近亲）的物种最多。能够生物发光的叩甲总科的物种大部分归属于“萤类”（lampyroid），包括萤科（Lampyridae）、光萤科（Phengodidae）、雌光萤科（Rhagophthalmidae），以及于2020年新建立的华光叩甲科（Sinopyrophoridae）。在萤类分支中，除最基部的华光叩甲科外，萤科、光萤科与雌光萤科的物种身体均较为柔软，部分类群的雌性还具有幼态持续现象，但也正因此使得这一类群的物种很难被保存成为化石。除萤科于白垩纪缅甸琥珀及一些新生代地层中有化石记录外，其他类群化石此前尚未被正式报道。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所的科研助理李言达、副研究员蔡晨阳等人与捷克帕拉茨基大学、英国布里斯托大学，及国内中山大学的同行合作，从缅甸琥珀中发现了叩甲总科的新科：白垩光萤科（Cretophengodidae）。这一新类群的发现对于研究叩甲总科中生物发光的起源与演化具有重要意义。该项研究成果于2021年1月20日在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》（Proceedings of the Royal Society B）上。
研究人员在白垩纪中期缅甸琥珀（约1亿年前）中发现了一枚保存较完好的阿扎白垩光萤（Cretophengodes azari Li, Kundrata, Tihelka & Cai, 2021）雄性标本（图1）。白垩光萤的触角具12节，呈双栉状，与现生的光萤科相似。然而白垩光萤的前胸腹板较发达，鞘翅完全覆盖腹部，腹部可见腹板6节，与光萤科及近缘的雌光萤科均不同。根据其形态特征，研究人员推测白垩光萤可能属于光萤科+雌光萤科进化枝的基干类群（图2）。
白垩光萤的第1–3节可见腹板上具有一个浅色明亮区域，可解释为它的发光器官，其位置与雌光萤科中的一些物种十分相似。这一发现表明发光的萤类进化枝至少在白垩纪中期就已经发生了多样化。在白垩纪，软躯体叩甲的潜在捕食者（包括蚂蚁、青蛙、早期鸟类等）发生了快速分化，研究人员推测，白垩光萤中的发光器官或许与抵御这些捕食者有关（图3）。
白垩光萤的发现也为这一类群的软躯体化及生物地理分布提供了新的见解。华光叩甲科昆虫的身体完全硬化，而萤类进化枝中的其余类群身体都发生了强烈的软化。白垩光萤的身体介于二者之间，处于中间过渡状态，填补了这一演化上的缺环。
本项研究由中国科学院和国家自然科学基金委的资助。南京古生物所方艳高级工程师提供了激光扫描共聚焦显微镜技术支持，画师杨定华绘制了复原图。
论文信息：Yan-Da Li, Robin Kundrata, Erik Tihelka, Zhenhua Liu, Diying Huang, Chenyang Cai* (2021) Cretophengodidae, a new Cretaceous beetle family sheds light on the evolution of bioluminescence. Proceedings of the Royal Society B, 20202730. Doi:10.1098/rspb.2020.2730.
图1. 白垩光萤（Cretophengodes azari）及其现生近缘类群光萤科与雌光萤科
图2. 白垩光萤科的系统位置
图3. 阿扎白垩光萤（Cretophengodes azari）的生态复原图
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白垩纪/古近纪界限前后湖泊生物群对全球气候变化的响应
白垩纪是典型的温室气候时期，但在白垩纪末期，出现了一系列的气候波动、生物灭绝和多样性的变化。在坎潘期/马斯特里赫特期之交，全球气候变冷，高纬度地区叠瓦蛤灭绝，中、高纬度地区钙质超微化石的冷水种开始出现，并向热带地区扩展，北美被子植物的多样性急剧下降；到了马斯特里赫特期中期，大气中的二氧化碳（CO2）含量升高，陆地和海洋的温度上升，低纬度地区叠瓦蛤灭绝，南极洲菊石的多样性和分异度增加；在马斯特里赫特期末期（即白垩纪/古近纪界限之前的45–11万年），随着德干玄武岩喷发，大气中的CO2和其它温室气体含量持续升高，使得全球变暖，浮游有孔虫发生了部分灭绝，机会主义灾难物种盛行、一些属种侏儒化，陆地植物的丰度和分异度明显升高。然而，关于湖泊生物群对这些全球气候变化的响应却尚无研究。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的李莎博士、王启飞研究员和张海春研究员与美国贝鲁特大学Josep Sanjuan博士、中国地质大学（北京）万晓樵教授等，首次报道了白垩纪/古近纪界限前后湖泊生物群对全球气候变化的响应。该研究发表在学术期刊《全球和行星变化》（Global and Planetary Change）上。
通过对我国东北松辽盆地和山东胶莱盆地湖相化石的研究，发现白垩纪/古近纪之交，轮藻植物群多样性变化与全球气候变化之间的关系密切。在坎潘期/马斯特里赫特期界限事件中，全球温度降低，松辽盆地的大气温度下降至16度（根据钙质结核团簇同位素测得），此时，轮藻植物群多样性降低（胶莱盆地的轮藻植物群也发生了类似的变化），孢粉植物群中的冷水分子由北方向松辽盆地扩散。在马斯特里赫特期中期的变暖事件中，松辽盆地轮藻、介形类成种作用明显，胶莱盆地的轮藻植物群多样性增高。
到了白垩纪末期的全球变暖事件中，松辽盆地的大气温度升高至27.7–28.5°C，轮藻植物群多样性也进一步升高，而轮藻种Microchara cristata发生个体变小化，推测与德干玄武岩喷发造成的环境压力相关。直至古新世初期，气候开始微转凉，轮藻藏卵器个体较大的属种Peckichara sinuolata和Lychnothamnus vectensis逐步占据主导地位，以应对微凉的气候；因为藏卵器个体越大，其内含的营养物质越多，休眠时间越长，能够寻找合适条件萌发的概率也越大。
本研究得到国家自然科学基金委和中国科学院战略先导专项的资助。
论文相关信息：Li, S., Sanjuan, J., Wang, Q.F., Zhang, H.C., Wan, X.Q., 2021. Response of the lacustrine flora in East Asia to global climate changes across the K/Pg boundary. Global and Planetary Change, 197: 103400. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2020.103400182021-01 -
二叠纪末古特提斯洋盆短暂封闭加剧了生物灭绝
在古生代和中生代转折期，地球上发生了显生宙规模最大的一次生物大灭绝事件——二叠纪末生物大灭绝事件。在6万年的时间里，约81%的海洋生物彻底消失，破坏了存在2亿年之久的海洋生态系统。
这一时期，古海洋环境发生了一系列剧变，包括海水升温、酸化、缺氧或硫化、大规模海退以及洋流循环受阻等，这些变化都是导致二叠纪末海洋生物大灭绝的可能因素，同时这些因素彼此之间又都具有一定的内在关联性。与其他常用来探讨古环境背景的铀、硫、铁等元素相比，镁在海洋中具有更高的含量，同时海洋中镁元素循环往往与碳-氧循环过程相伴，因而与一系列重大海陆变迁以及生命过程息息相关。
近年来，越来越多的研究尝试着通过使用海相碳酸盐岩镁同位素手段来研究古气候和古环境的演化。白云岩镁同位素由于不易受后期成岩作用改造，同时矿物与溶液间镁同位素分馏系数已被精确标定，使得白云岩镁同位素在示踪古海洋演化、大陆风化以及生命过程等研究方面具有巨大的应用潜力。因此，白云岩镁同位素有望为揭示二叠纪-三叠纪转折期海洋环境变化以及生物大灭绝机制提供新的认识。
鉴于此，南京大学李伟强教授、胡忠亚博士及沈树忠院士等与中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队张华研究员和郑全锋副研究员合作，选取了全球多条经典的含白云岩二叠纪-三叠纪界线剖面碳酸盐岩样品，进行了系统的碳-氧-镁同位素地球化学分析。研究成果发表于国际知名NI期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）上。
研究发现在二叠纪末生物大灭绝层段，不同剖面上的白云岩，其镁同位素均显示较为一致的快速上升，并与碳同位素负漂呈镜像耦合关系，揭示了全特提斯域内海水主量元素的地球化学组成以及海洋镁循环过程发生了显著变化。通过分馏系数推算，海洋δ26Mg值从晚二叠世末-0.3‰上升到早三叠世0.1‰，并伴随至少两期幅度更大、时间却更短的次级波动。在高精度地层框架约束下，在乐平统到早三叠世第一级的镁同位素变化过程中，海水δ26Mg值的平均变化速率大约为0.53‰ Myr–1；若是考虑次级波动，海水的δ26Mg值最大变化速率可达3–4‰/Myr。
海洋镁循环的数值模拟结果显示，二叠-三叠纪过渡时期，全球海洋δ26Mg值快速上升与白云岩化作用增强有关。在生物大灭绝期间，海洋白云岩化作用提高了接近8倍，大量白云石的形成优先消耗水体中的24Mg，从而使得海水中相对富集26Mg，导致δ26Mg值上升。两次次级镁同位素快速正漂基本与西特提斯洋一侧观察的两次碳同位素负漂相对应，其变化周期更短、变化幅度更大，平均变化速率达到了惊人的3‰~4‰/Myr。模拟结果显示，在局限洋盆内，镁同位素组成对外界环境变化的敏感性显著增强。若局限洋盆镁含量只占全球大洋总量的20%，那么局限盆地内白云岩化强度增加到8倍时候，可以使得海水δ26Mg值变化速率快速达到4‰/Myr。
通过与报道的同时期稳定铀同位素数据进行对比后发现，两次次级的镁同位素正向漂移对应着两次铀同位素的负漂，这表明在两次次级镁同位素正漂期间海洋处于相对缺氧状态。洋盆内海水频繁的同位素变化与同时期海侵-海退变化关系密切。在海退过程中，古特提斯洋与外海之间的水循环更加不畅，快速的白云岩化作用导致洋盆内镁同位素快速上升，在随后的海侵过程中，广海的海水补给进入封闭碳酸盐台地内，从而使得碳酸盐台地内海水δ26Mg值有所下降，形成锯齿状波动。
就古特提斯洋而言，在相对局限的海洋环境中，由于海洋缓冲能力有限，全球变暖、陆源风化及河流输入增强以及水体富营养化等一系列气候和水化学变化极易在海洋环境引发一系列灾变，也更容易导致大范围生物灭绝。
该项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、前沿科学重点研究计划项目和国家自然科学基金委的资助。
论文相关信息：Hu, Z., Li, W.*, Zhang, H.*, Krainer, K., Zheng, Q.-f., Xia, Z., Hu, W., Shen, S.-z., 2021. Mg isotope evidence for restriction events within the Paleotethys ocean around the Permian-Triassic transition. Earth and Planetary Science Letters 556, 116704. DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116704.142021-01 -
华南埃迪卡拉系陡山沱组生物地层学研究取得新进展历经漫长演化和极端气候考验，到了新元古代大冰期之后的埃迪卡拉纪，真核生物终于迎来了全球范围的辐射，这一辐射事件始于埃迪卡拉纪早期刺饰疑源类以及微体多细胞藻类的出现和演化。已有的化石证据表明，埃迪卡拉纪的真核生物辐射事件一直延续到寒武纪大爆发。然而关于最早的刺饰疑源类何时出现、如何变得多样化、如何最终在海洋生态系统中占据一席之地等问题仍然缺乏详尽的解答，这些问题归类总结便是地质历史时期第一次真核生物全球大辐射是如何开始。
历经漫长演化和极端气候考验，到了新元古代大冰期之后的埃迪卡拉纪，真核生物终于迎来了全球范围的辐射，这一辐射事件始于埃迪卡拉纪早期刺饰疑源类以及微体多细胞藻类的出现和演化。已有的化石证据表明，埃迪卡拉纪的真核生物辐射事件一直延续到寒武纪大爆发。然而关于最早的刺饰疑源类何时出现、如何变得多样化、如何最终在海洋生态系统中占据一席之地等问题仍然缺乏详尽的解答，这些问题归类总结便是地质历史时期第一次真核生物全球大辐射是如何开始。
针对以上的问题，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队成员与美国弗吉尼亚理工大学的合作者对记录了埃迪卡拉纪刺饰疑源类早期演化过程的华南陡山沱组进行了长期系统的研究，其中一项工作于近日发表在《前寒武纪研究》（Precambrian Research）上。
该研究基于对三峡地区3条剖面陡山沱组1547枚具刺疑源类标本的观察分析，共鉴定出24属69种，识别出2个新属、6个新种、5个未定种和3个新的形态类型；并基于高精度的定量数据讨论了陡山沱组具刺疑源类的时空分布特征以及对埃迪卡拉系生物地层学的影响。研究发现华南埃迪卡拉纪疑源类的首现层位与燧石结核的最低层位重合，且疑源类在其首现层位就具有相当高的多样性，暗示了它们很可能早已出现，尽管缺少合适的条件被矿化保存。这一发现说明，来自三峡地区陡山沱组二段底部首层燧石结核中刺饰疑源类的首现位置可能并非当前正在寻找的埃迪卡拉系第二阶底界标志的最佳候选。
首现层位之上，在九龙湾剖面盖帽白云岩之上20米之内的地层中共有多达21种刺饰疑源类出现，超过该剖面二段全部刺饰疑源类种数的一半（65.6%）。结合已发表的旋回地层学研究，这意味着仅仅在埃迪卡拉纪最初的一千万年内，刺饰疑源类发生了快速演化并已经具有了非常高的多样性。同时，本研究还整合了过去发表的大量剖面资料，指出过去使用“复合剖面”进行生物地层学研究存在的问题，并提出在华南具有较高生物地层学潜力的若干分子。
本研究得到科技部、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导专项B类以及美国自然科学基金的资助。
论文相关信息：Ouyang, Q., Zhou, C., Xiao, S., Guan, C., Chen, Z., Yuan, X., Sun, Y., 2021. Distribution of Ediacaran acanthomorphic acritarchs in the lower Doushantuo Formation of the Yangtze Gorges area, South China: Evolutionary and stratigraphic implications. Precambrian Research 353, 106005. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.106005.112021-01 -
古海洋学研究揭示南海北部中晚中新世深海“红-绿”韵律沉积机制
现代南海表层/表层水、深层水是由西太平洋进入南海，而中层水则由南海进入西太平洋，从而呈现出特征的“三明治”结构。底栖有孔虫、介形虫等微体古生物的研究为揭示晚第四纪南海深部水团流通状况，提供了大量的古环境信息。然而对更长时间尺度上的深部水团历史、尤其是中新世之前，台湾岛近现代格局形成之前的南海深部水团的历史却了解甚少。
2017年执行的IODP367/368航次在南海北部多个站位钻探中获得了中晚中新世特征的红棕色与绿灰色（“红-绿”）互层的韵律沉积地层，为研究该时期南海底层水体特征及其与西北太平洋水团交换历史提供了重要材料。
为此，中国科学院南京地质古生物研究所李保华研究员与同济大学刘传联教授、金晓波博士等人对位于南海北部3764米水深的U1502站位海底442-497米岩芯沉积物的颜色反射光谱、微体化石、元素地球化学及沉积学进行了详细的分析。研究成果近期发表在《海洋地质》（Marine Geology）上。
古海洋学环境重建的研究表明，沉积物红色来源于与铁锰高含量伴生的自生无定形赤铁矿，而沉积水体中碳酸盐保存相对较好，可能与当时南海底层水垂直流通状况良好有关；而绿灰色沉积形成环境则与底层水垂直流通状况较弱、碳酸盐保存相对较差相对应。研究还认为南海中晚中新世“红-绿”韵律沉积机制是受当时太平洋深层水和南极底层水在冰期间/冰期旋回中的强弱变化所控制。
该研究也为揭示南海形成、演化及其影响提供了关键的古海洋学信息。
该研究得到了中国国家自然科学基金，国家科技重大专项和中国科学院战略性先导专项的支持。
论文相关信息：Jin, Xiaobo, Xu, Juan, Li, Yanli, Qiao, Peijun, Wu, Li, Ling, Cheng, Li, Baohua*, Liu, Chuanlian*, 2020. Origin of the rhythmic reddish-brown and greenish-gray sediments in the abyssal South China Sea：Implications for oceanic circulation in the late Miocene. 430: 106378. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2020.106378.072021-01 -
底栖有孔虫揭示1.3Ma以来葡萄牙岸外底层水团特征与地中海溢出流强度演化
德雷克海峡与塔斯马尼亚海道的打开、巴拿马海道与印尼海海道的关闭、直布罗陀海峡的关闭与打开等，这些大洋环流关键通道都影响着全球环流系统格局，并通过水循环影响全球气候系统与环境。自从直布罗陀海峡在晚中新世（距今约500万年前）重新打开后，地中海中深层水团携带大量高温、高盐水（“地中海溢出流”，MOW）如瀑布般泻入大西洋，其主流沿着葡萄牙岸外陆架、陆坡一直向北可延伸至挪威-格陵兰海，促进了北大西洋深层水形成，加强了大西洋经向翻转流、从而贡献于全球温盐环流。
有孔虫群落包含丰富的环境信息，对水体环境变化响应敏锐，而底栖有孔虫对反映大洋底层水团具有明显优势。中国科学院南京地质古生物研究所李保华研究员团队的郭启梅博士与韩国、葡萄牙等国的科学家合作，对综合大洋钻探（IODP）339航次U1391站位1.3Ma以来的沉积物进行了高分辨率分析。通过底栖有孔虫系统古生物学与定量统计研究，结合精确同位素地层年代建立，依据底栖有孔虫特征组合（"Elevated Epibenthos" group）、关键分子Planulina ariminensis和同位素组成变化，揭示了长时间尺度上地中海溢出流的详细演化过程。研究成果发表于近期《第四纪科学评论》（Quaternary Science Reviews）上。
研究结果显示，地中海溢出流以氧同位素1、9-11、和19-21期间等水团加强为特征，尤其在高于现在20米海平面格局的氧同位素11期显著增强。而且以表生种组合为标志的地中海溢出流存在10万年、4万年和2万年的周期性特征。在中更新世气候转型（MPT）期间，底栖有孔虫群落及底层水体响应明显，以MPT之前受4万年周期主控、MPT之后受10万年周期主控为特征。
这种变化反映了地中海溢出流对地球轨道岁差周期基础上斜率周期在中更新世转型的响应。地球轨道参数斜率通过影响全球海平面、东北大西洋水体密度梯度等驱动MOW变化，而岁差则通过影响地中海区气候干湿驱动MOW变化。另外，在冰期/间冰期尺度上，晚更新世底栖有孔虫群落和底栖有孔虫碳同位素变化，揭示了研究区在间冰期、冰期分别受MOW和冰期北大西洋中层水团影响，底层水体通风状况良好；而在冰消期则相对通风较差。
该研究也为揭示上新世以来的地中海海溢出流演化提供了重要证据。
这项工作得到了中国科学院战略性先导专项，国家自然科学基金，现代古生物学和地层学国家重点实验室以国际大洋发现计划的支持。
论文相关信息：
Guo, Qimei*, Li, Baohua*, Voelker, Antje, Kim, Jin-Kyoung, 2020. Mediterranean OutflowWater dynamics across the middle Pleistocene transition based on a 1.3 million-year benthic foraminiferal record off the Portuguese margin. Quaternary Science Reviews, 247: 106567. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106567
Guo, Qimei, Li, Baohua*, Kim, Jin-Kyoung, IODP Expedition 339 Scientists, 2017. Benthic foraminiferal assemblages and bottom water evolution off the Portuguese margin since the Middle Pleistocene. Global and Planetary Change, 150: 94-108. http://dx.doi.org/10.1016/j.gloplacha.2016.11.004072021-01 -
酒泉地区下白垩统综合地层学研究取得新进展
甘肃酒泉-昌马盆地发育连续的下白垩统陆相沉积，并含有丰富的动植物化石，是我国陆相白垩系研究的经典地区之一。该地区下白垩统也是我国石油工业摇篮—玉门油田的主力产油层，为我国早期石油工业做出了重要贡献。然而自上世纪80年代之后，该地区下白垩统古生物学和地层学研究进展缓慢，尚缺乏高精度的地层框架和古生物学综合研究。
鉴于此，中国科学院南京地质古生物研究所现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队郑大燃博士、李莎博士与张海春研究员等对酒泉地区下白垩统开展了近十年的地质调查，采集了近万件化石和岩石标本，在生物地层学、年代地层学和地球化学等综合研究基础上，提出了酒泉地区下白垩统新的综合地层对比框架，并探讨了该地区陆地生物演化与环境事件的关联。该研究成果近日在线发表在《地球科学论评》（Earth-Science Reviews）上。
该研究系统梳理了酒泉地区下白垩统已发表的古生物学、地层学、年代学和地球化学等方面研究成果。同时，通过研究课题组所采集的多门类化石，包括双壳类、腹足类、昆虫、叶肢介、介形类、鱼类、鸟类、轮藻和植物大化石等，对前人的研究进行了补充和更新；并着重与冀北-辽西地区的早白垩世生物组合进行对比，结合新的同位素年龄值，提出了酒泉地区下白垩统的生物-年代地层框架。主要结论如下：
（1）确定了酒泉地区下白垩统新民堡群的年代。新民堡群自下而上分为赤金堡组、下沟组和中沟组，赤金堡组可与义县组尖山沟层-九佛堂组下部对比，时代为Aptian早期（124-120 Ma）；下沟组可与九佛堂组上部-沙海组对比，时代为早Aptian晚期-Albian最早期（~120-112 Ma）；中沟组可与辽西阜新组对比，时代为Albian早中期（~112-105 Ma）。
（2）阐述了热河生物群在酒泉地区的分布与迁移。赤金堡组产出热河生物群的典型分子：Ephemeropsis trisetalis昆虫群，Eosestheria-Diestheria 叶肢介组合，Lycoptera鱼类，Margaritifera (Mengyinaia) mengyinensis-Nakamuranaia subrotunda 双壳类组合，Probaicalia vitimensis 腹足动物群和Cypridea-Mongolianella-Darwinula 介形类组合等。这些化石在赤金堡组的发现表明了热河生物群在第二演化阶段到达酒泉地区，这与陈丕基先生（1999）提出的观点基本一致。
（3）分析了酒泉地区早白垩世的火山活动与年代。酒泉地区下沟组顶部地层常夹有玄武岩，在红柳峡地区下沟组地层之上也保存有完好的古火山口。该研究对旱峡沟剖面玄武岩进行定年，获得了112.4 ± 0.3 Ma（Albian最早期）的年龄值。结合酒泉地区火山岩的分布和年代，推断该地区在OAE1a和OAE1b时期发生了多期次火山活动，而红柳峡地区的古火山口可能是当时的火山喷发中心。
（4）关联了重要生物演化与白垩纪大洋缺氧事件。在昌马盆地，OAE1a被认为记录于下沟组，即玉门甘肃鸟动物群产出层位之下，而热河生物群典型分子在此层位已不复存在，表明Aptian早期全球气候变化可能促进了该地区生物群面貌转变。
该研究既是对酒泉地区古生物学和地层学研究的全面回顾，也提出了新的生物-年代地层学框架，为研究该地区的精时古地理学以及探讨陆地生物演化对环境事件的响应奠定了基础。
本研究得到科技部第二次青藏高原科学考察与研究专项、中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金委和香港大学基金资助。
论文相关信息：Zheng Daran*, Wang He, Li Sha*, Wang Bo, Jarzembowski E.A., Dong Chong, Fang Yanan, Teng Xiao, Yu Tingting, Yang Lichao, Li Yuling, Zhao Xiangdong, Xue Naihua, Chang Su-Chin*, Zhang Haichun * (2021). Synthesis of a chrono- and biostratigraphical framework for the Lower Cretaceous of Jiuquan, NW China: implications for major evolutionary events. Earth-Science Reviews, 213, 103474. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103474.302020-12 -
地球生物多样性数据库（GBDB）研究取得阶段性进展数据驱动的知识发现是继实验归纳，模型推演，仿真模拟之后的科学研究第四范式，正在逐渐拓展至自然科学研究的各大领域之中。古生物学与地层学的研究注重定性与定量集合，在数据分析与使用方面近年来也呈现逐渐增加的趋势。
数据驱动的知识发现是继实验归纳，模型推演，仿真模拟之后的科学研究第四范式，正在逐渐拓展至自然科学研究的各大领域之中。古生物学与地层学的研究注重定性与定量集合，在数据分析与使用方面近年来也呈现逐渐增加的趋势。
中国科学院南京地质古生物研究所具有自主知识产权的地球生物多样性数据库（Geobiodiversity Database，GBDB）成立于2007年，是一个基于地层剖面的古生物学和地层学的综合数据库。2020年以来，南京古生物所大数据中心团队对GBDB数据进行了整体梳理，全面改版和优化了数据库网站，取得了系列进展。
一是归纳总结GBDB发展历程，梳理优势、不足与独特之处。对数据进行增补关联、剔除冗余、分析和并，实现数据量以互动的、可视化的方式实时展示，并与国内外其他数据库数据联动，开展互补性共建与合作。
二是开发GBDB数据库的移动设备软件，用户可以在电脑、平板电脑和手机端同步查看、搜索、评论GBDB数据。建立了个性化用户系统，用户个人数据可在多个设备端口登陆并保持同步，安卓系统用户可在“应用宝”或通过百度直接搜索“剖面查询”下载安装，iOS操作系统用户在APP Store搜索“剖面查询”下载安装。
三是在GBDB网站上嵌入了多种软件。比如现代与古代经纬度转换软件、化石智能识别软件等，同时向非结构化数据（化石图像等）库进行逐步拓展，GBDB与已经上线的fossil-ontology网站采用单点登录、数据互通、密切关联。
四是开发服务端口方面，将GBDB目前的硬件与软件资源面向研究所开发使用，为用户提供数据分析、高性能运算、数据可视化成图、数据存储备份等服务。
南京古生物所大数据中心2020年已取得五项软件著作权。另外，徐洪河研究员、陈焱森工程师以及天津大学牛志彬博士，对上述内容以及GBDB未来发展等方面撰写了相关文章，已发表在高影响力期刊《地球系统科学数据》（Earth System Science Data）上。
文章相关信息：Xu, H.-H., Niu, Z.-B., and Chen, Y.-S. 2020. A status report on a section-based stratigraphic and palaeontological database – the Geobiodiversity Database, Earth System Science Data, 12, 3443–3452, https://doi.org/10.5194/essd-12-3443-2020.302020-12 -
系统发育基因组学研究证明跳蚤是特化的蝎蛉
近日，中国科学院南京地质古生物研究所蔡晨阳研究员等通过对开源组学数据的挖掘和深入系统发育基因组学分析，确立了吸吻类（长翅目、蚤目和双翅目）内部的系统发育关系，从而揭示跳蚤是一类特化的蝎蛉，并将蚤目降级为长翅目的一个次目（图2）。相关研究成果于2020年12月21日发表于《古昆虫学》（Palaeoentomology）。
蚤目（俗称跳蚤）属于节肢动物门、昆虫纲，是一类体型侧扁，外形高度特化，并严格以吸血为生的全变态昆虫（图1）。跳蚤体型很小，通常体长仅1~3毫米，属于外寄生昆虫，主要以吸食哺乳动物（包括人类）和鸟类的血液为生。
蚤目作为昆虫系统演化树上一个独立分支，得到了许多形态特征（侧扁、无翅、具刺吸式口器、具栉等）和生活习性等证据的支持。然而，跳蚤与其他昆虫目之间的亲缘关系一直是昆虫系统学领域的未解之谜。早在19世纪，有学者根据外部形态认为跳蚤是鞘翅目（甲虫）的近亲；直到20世纪中后期，支序系统学的奠基人Willi Hennig发现跳蚤与长翅目（蝎蛉）和双翅目（苍蝇、蚊蚋等）的关系密切，三者共同构成吸吻类（Antliophora）。
21世纪以来，随着分子系统学和基因组测序技术的发展，跳蚤系统位置的难题依然没有得到解决：基于转录组数据的系统发育分析表明蚤目与长翅目构成姊妹群的关系；而基于一些基因串联的系统学分析发现，跳蚤位于长翅目的内部，与雪蝎蛉科（Boreidae）构成姊妹群的关系。
2012年初，中国科学院南京地质古生物研究所黄迪颖研究团队在《自然》（Nature）杂志报道了产自我国内蒙宁城中侏罗世道虎沟动物群（距今约1.65亿年）和辽宁北票早白垩世热河动物群（约1.25亿年）的多样过渡类型巨型跳蚤，揭示了蚤目的起源与早期演化及其与寄主的关系。跳蚤化石具有很长的刺吸式口器显示了与中生代具长喙的阿纽蝎蛉科（Aneuretopsychidae，可能的裸子植物传粉者）的相似性，从而提出蚤目起源于具长喙的长翅目，而与雪蝎蛉关系较远。
2020年初，南京古生物所王博研究团队在《科学进展》（Science Advances）杂志也报道了白垩纪缅甸琥珀中具长喙的阿纽蝎蛉化石。通过对38个化石类群的54个形态特征的系统发育分析，表明长翅目是多系群，蚤目与双翅目构成姊妹群；并认为阿纽蝎蛉的口器与跳蚤不同，不是蚤目的姊妹群。尽管跳蚤系统位置的研究对理解寄生性行为的起源和确立昆虫分类的体系具有重要意义，但相关系统学研究进展缓慢。
近日，南京古生物所蔡晨阳、黄迪颖研究团队和英国布里斯托大学古生物团队合作，选取了现生吸吻类26个代表物种，包括长翅目所有亚目（新长翅亚目Neomecoptera、小长翅亚目Nannomecoptera和具塞亚目Pistillifera）、蚤目和双翅目，根据此前千种昆虫转录组进化（1KITE）团队测得的转录组数据，调取了1,478个直系同源单拷贝蛋白编码核基因，代表了目前已知最大的吸吻类分子数据矩阵。此外，研究人员还构建了包括29个物种的线粒体基因组与多个基因联合的较小数据矩阵。
通过基因的序列比对、串联等分子系统学分析之后，重点对组学矩阵的氨基酸序列进行了“去噪音”处理，对测序、组装或序列比对过程中形成的噪音位点进行清理，构建出3个新的分子数据矩阵：分别为无噪音矩阵（BMGE -h 0.5）、保守位点矩阵（BMGE -h 0.4）和超保守位点矩阵（BMGE -h 0.3）。结合分子进化模型选择的分析，确定了数据拟合度最佳的模型，证明位点异质模型（CAT模型）明显优于前人使用的位点同质模型（LG模型等）。
研究人员进而利用3种不同的氨基酸进化模型对3个矩阵采用贝叶斯推演（PhloBayes软件，CAT-GTR+G4模型）和最大似然分析（IQ-Tree软件，C20+R4和LG4X+R模型）来构建系统树。所有结果一致表明吸吻类的单系性，并证明蚤目位于长翅目的内部，与现生的小蝎蛉科（Nannochoristidae）构成姊妹群的关系（图3）。通过进一步的近无偏检验（AU test）也强烈支持跳蚤是小蝎蛉科的姊妹群（PAU = 0.9988），而完全否定了跳蚤与雪蝎蛉科或与双翅目之间的姊妹群关系（PAU = 0）。
在形态特征方面，蚤目与现生小蝎蛉科均具有潜在的共有衍征，如口器特征和精泵。现生小蝎蛉口器较特化，具有由上唇形成的食物通道和针状上颚等，与吸食植物流汁相适应；而中生代的阿纽蝎蛉恰好填补了小蝎蛉科向跳蚤过渡的演化缺失环节。由此证明了跳蚤是从吸食植物花蜜的长翅目祖先演化而来，最终成为如今吸食脊椎动物血液的寄生虫。
系统发育基因组学的结果也为当今昆虫系统分类提供重要的参考依据。根据跳蚤位于长翅目内部的系统发育关系，研究人员正式提出蚤目应降级为蚤次目（infraorder）。现生完全变态类昆虫将从11个目减少为10个目，这项研究成果将对现生昆虫系统分类体系具有深远的影响。
相关研究工作得到了中国科学院、国家自然科学基金委和英国皇家学会的资助。
论文信息：Erik Tihelka, Mattia Giacomelli, Diying Huang, Davide Pisani, Philip C. J. Donoghue, Chenyang Cai* (2020) Fleas are parasitic scorpionflies. Palaeoentomology 3(6): 641–653.302020-12 -
华南奥陶纪扬子台地边缘海相红层研究取得新进展
海相红层作为一种特殊的沉积相，在史前地质环境演变的研究方面具有重要的指示意义，正逐渐成为学界关注的热点。相较近岸浅水红层以及大洋深水红层，发育在远岸陆棚的较深水红层的研究较为不足。早–中奥陶世的华南扬子台地边缘发育着一套具有特定时空分布的陆棚较深水碳酸盐岩红层，涉及层位包括紫台组及大湾组部分地区和湄潭组的中部。同时，这一时段也是华南乃至全球奥陶纪生物开始辐射的关键时期。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队成员栾晓聪博士、张小乐博士、吴荣昌研究员、王光旭副研究员和詹仁斌研究员，与北京大学以及中国科学技术大学的合作者，针对这一套海相红层以发育在湖北松滋响水洞和安徽石台大岭的紫台组地层作为对象，开展了一系列的岩石学、矿物学及地球化学研究。该研究成果发表在SCI期刊《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上，并收录于同刊专辑VSI28 “Marine oxygenation, deoxygenation and life during the early Paleozoic”。
研究结果显示，在这套海相红层沉积前后，海洋底水氧化还原条件并没有明显波动，反而是陆源的铝、铁等元素含量显示出明显的增加，同时地层沉积速率也在该时期也有较大的增长。这表明，这套以紫红色含泥质瘤状碳酸盐岩为特色的较深水红层发育的诱因应为陆源供给铁元素的增加，而并非是底水突然变得氧化。
此外，或许得益于当时丰富的陆源营养物质，这一时期华南的浮游类生物疑源类、笔石、几丁虫以及底栖生物腕足类等都达到了多样性的高值，说明在奥陶纪生物大辐射的早期，不同板块之间辐射型式的差异性可能与区域地质背景密切相关。
文章信息：Luan, X.C., Zhang, X.L., Wu, R.C., Zhan, R.B., Liu, J.B., Wang, G.X., Zhang, Y.C., 2020. Environmental changes revealed by Lower–Middle Ordovician deeper-water marine red beds from the marginal Yangtze Platform, South China: Links to biodiversification. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.110116 (In press)182020-12