科研进展
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浙江发现一亿多年前新的松柏植物木化石保存在地层中经过漫长矿化作用而形成的木化石，是地史时期重建古植被面貌和古气候的重要参数。中生代恐龙繁盛的侏罗纪和白垩纪时期，由远古森林形成的木化石被广泛发现在陆地生态系统中。我国白垩纪时期被发现的木化石主要集中在北方地区，而华南地区的木化石记录较为少见。最近，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科学院蒋子堃高级工程师，联合浙江自然博物馆、沈阳师范大学以及德国波恩大学专家组成的研究团队，在我国浙江白垩纪地层中发现了距今1.1亿年已灭绝的一种松柏类植物新类型，将其命名为“周氏短木”。该成果近期发表在国际学术期刊《历史生物学》（HistoricalBiology）上。该化石发现于浙江永康地区的早白垩世馆头组地层（距今1.1亿年左右）中，其在解剖构造上与之前浙江地区所报道的木化石均不相同。研究团队人员在与世界各地已报道的相似木化石进行了仔细对比后，建立了一个新种——周氏短木（Brachyoxylonzhoui），并将该新种的种名赠予中国科学院院士、南京古生物所周志炎研究员。浙江早白垩世时期发育了大量的陆相沉积，除了报道有恐龙骨骼、恐龙蛋等脊椎动物化石外，还有丰富的木化石产出。新发现的周氏短木保存为硅化木，是植物次生木质部的一部分，显微切片观察显示其主要解剖特征包括明显的生长轮，具混合型的径壁纹孔、南洋杉型的交叉场纹孔以及较高的单列木射线，并具有创伤树脂道。研究人员还对周氏短木的生长轮进行了定量化分析，显示该植物为常绿乔木，叶持续时间可达3—15年。结合沉积学、孢粉学、古土壤学等其它证据可以推测出，早白垩世的浙江地区受亚热带气候条件控制，且处于相对半干旱的古气候环境。短木属是中生代常见的一种松柏类木化石，与已灭绝的掌鳞杉科植物具有系统学亲缘关系。周氏短木的发现丰富了对浙江早白垩世植被组成和古气候特征的认知，也为揭示浙江白垩纪的恐龙生存环境提供了重要证据。该项成果由中国地质科学院蒋子堃高级工程师和中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员担任通讯作者，浙江自然博物馆吴灏博士、沈阳师范大学田宁副教授和德国波恩大学博士生谢奥伟为论文的共同作者。本项研究得到了国家自然科学基金委面上项目、重大项目和基础科学中心项目，中国科学院战略性先导项目（B类）、国家重点研发计划以及现代古生物学和地层学国家重点实验室基金项目共同资助。论文信息：JiangZikun*,HaoWu,NingTian,YongdongWang*,AoweiXie,2020.ANewSpeciesofConiferWoodBrachyoxylonfromSouthChinaanditsPalaeoclimaticImplications.HistoricalBiology,https://doi.org/10.1080/08912963.2020.1755282272020-07 -
遗迹化石探索深时生物与环境相互作用取得进展遗迹化石是地质历史时期保存在沉积物表层和内部的生物活动痕迹。遗迹化石的形成和保存，不仅跟生物的种类和生态习性有关，还与生物生活的环境条件和生物生活的底质有非常密切的关系。因此，遗迹学作为研究深时生物与环境相互作用的重要媒介，在重建古环境、再造和恢复古代生物的古生态方面起着非常重要的作用。近期，中国科学院南京地质古生物研究所罗茂副研究员与澳大利亚迪肯大学的石光荣教授，LeeSangmin博士（目前均任职于澳大利亚卧龙岗大学）合作，对澳大利亚南悉尼盆地位于美丽滩（PrettyBeach）和O’Hara岛（O’HaraIsland）二叠纪乌拉尔统SnapperPoint组地层剖面的沉积学和遗迹学进行了系统研究，并尝试利用一类新发现的遗迹组构推算当时的沉积速率。该研究已发表于《三古》（PalaeogeographyPalaeoclimatologyPalaeoecology）。该区域以往研究积累和剖面沉积学证据显示这两个剖面代表了受风暴影响的三角洲沉积。研究除了报道已在这一地区发现的4种常见遗迹化石属外，还新发现一类漏斗状遗迹化石Parahaentezchelinia所形成的特殊遗迹组构。这类遗迹组构表现为Parahaentezchelinia遗迹个体在垂向上形成明显的叠覆序列，并最多可在剖面上识别出7层自下而上的叠覆序列。每个叠覆序列的高度为2.2–13.2cm,平均高度5.6cm。详细形态学研究发现这类遗迹并非是由多毛类造成的遗迹种Rosseliasocialis，而是更可能代表了内生底栖双壳类（如樱蛤类）利用虹吸管进行觅食造成的遗迹。这种造迹生物会钻入砂质沉积物内部，并根据自身虹吸管长度，使栖居位置和水与沉积物界面保持一定距离，并利用虹吸管在水与沉积界面附近滤食沉积物；当沉积速率发生明显改变时（发生沉积物快速堆积），这类底栖双壳类能迅速调整其栖居位置，相应地向上“逃逸”以保持其与水—沉积物界面的相对位置，并形成上述剖面中观察到的叠覆序列。考虑到樱蛤类双壳类的化石记录最早只出现于三叠纪，研究人员认为乌拉尔统SnapperPoint组地层中的Parahaentezchelinia遗迹组构很可能由与樱蛤类双壳类具有类似形态功能的一类生物所造成，代表了行为学上的趋同。研究人员进一步根据Parahaentezchelinia遗迹组构叠覆序列的高度，并结合现代樱蛤类双壳类的寿命，推算了当时早二叠世三角洲沉积的沉积速率，得到快速沉积时期的沉积速率在0.24cm/year。这一沉积速率与全新世和现代多个三角洲的沉积速率相当。 本研究受到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、中国科学院人才计划、国家自然科学基金和澳大利亚研究基金委员会的共同资助。论文信息：LuoM*.,Shi,G.R*.,Lee,S.,2020,StackedParahaentzscheliniaichnofabricsfromtheLowerPermianofthesouthernSydneyBasin,southeasternAustralia:Palaeoecologicandpalaeoenvironmentalsignificance.Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology541,109538.232020-07 -
二叠纪-三叠纪之交造迹生物对极端环境的响应机制二叠纪末期的大灭绝事件，被认为极可能与西伯利亚大火山岩省喷发所导致的一系列极端环境事件密切相关，而其后的生物复苏过程则因这些极端环境条件的持续存在而变得错综复杂。这些极端环境包括古海洋持续性缺氧、快速增温和酸化事件。酸化的古海洋不仅不利于生物生存，也使钙质壳生物难于保存为化石，从而一定程度影响利用实体化石重建和理解生态系复苏的过程和机制。遗迹化石的保存不受上述极端环境条件的制约。因此，遗迹化石成为研究大灭绝事件后生物复苏过程的良好素材，为解读重大地史转折期生态系对极端环境事件的响应过程提供了重要线索和制约。最近，中国科学院南京地质古生物研究所罗茂副研究员与加拿大萨斯喀彻温大学LuisA.Buatois教授，澳大利亚卧龙岗大学石光荣教授，以及中国地质大学（武汉）陈中强教授合作，整合中国华南地区的研究积累和全球不同地区的遗迹学研究，建立了海相二叠纪-三叠纪之交遗迹学数据库，并首次重建了从晚二叠世吴家坪期到中三叠世拉丁期在内12个时期全球遗迹化石分异度（属一级）和歧异度变化曲线。该成果已在线发表于国际地质学综合期刊《美国地质学会刊》（GSABulletin）。该研究发现，软底质上遗迹化石分异度和歧异度变化有很好的一致性，且在大灭绝事件后的Griesbachian期，遗迹化石分异度和歧异度均保持了灭绝前的水平。这一变化与实体化石多样性曲线相比出现明显的不一致。进一步对早三叠世各亚阶遗迹化石的阶层组成进行分析，发现整个早三叠世，浅阶层的遗迹化石占主导，即在沉积物表层和浅表层活动的生物造成的遗迹比例很大；而大灭绝事件前和生态系完全复苏的中三叠世阶段，深阶层的遗迹比例明显增加，并具有统计学上的差异性。研究进一步分析了全球早-中三叠世微生物岩的相对丰度，发现同样在早三叠世的Griesbachian期，微生物岩的丰度出现明显峰值，随后急剧下降。这一结果与早三叠世软底质遗迹化石分异度变化之间有很好的相关性，即微生物岩丰度最高的时期是遗迹化石分异度水平得以保存的时期。据此，研究人员提出，早三叠世Griesbachian期菌藻类大量繁盛而导致的微生物席底质的大量发育，为全球遗迹化石分异度在大灭绝事件后的延续提供了埋藏条件。而这种以浅阶层为主导的遗迹阶层组成则显示大灭绝时间后生物扰动混合层的缺失。长期缺氧的海洋环境也是深阶层遗迹在早三叠世明显降低的另一个原因。 本研究受到中国科学院战略性先导科技专项（B类），中国科学院人才计划和国家自然科学基金的共同资助。论文信息：Luo,M*.,Buatois,L.A.,Shi,G.R.,Chen,Z.Q.,2020.Infaunalresponseduringtheend-Permianmassextinction.GSABulletin.https://doi.org/10.1130/B35524.1202020-07 -
二叠纪-三叠纪之交遗迹化石研究取得进展遗迹化石不仅保存了钙质壳生物的行为学、生态学信息，其更多地保存了软躯体生物的行为学信息。除特殊埋藏条件下，软躯体生物很少在地层中留下化石记录。因此，遗迹化石记录能相对完整的再现整个生态系生物行为和生态面貌，并蕴含实体化石研究过程中无法提供的生态学信息，为研究大灭绝事件后的生态系复苏提供了重要化石窗口和媒介。各国学者在利用遗迹化石解读大灭绝事件后生态系复苏上，根据遗迹化石记录已应用了诸多遗迹学指标来综合评估底栖造迹生物的复苏过程和级别。这些指标包括遗迹化石多样性（分异度）、生物扰动指数/遗迹组构指数、层面生物扰动指数、潜穴大小、遗迹化石复杂度、潜穴深度和遗迹阶层等。然而，最近研究发现，某些反映生物复苏的遗迹学指标概念本身、影响因素及其代表的意义仍存在不确定性。此外，某些遗迹学指标的可靠性、内涵和外延，不同学者在理解上存在偏差，并深刻影响这些遗迹学指标的合理利用和切实解读生态系复苏是否受抑制或是达到完全复苏。最近，中国科学院南京地质古生物研究所罗茂副研究员，与澳大利亚卧龙岗大学石光荣教授、加拿大萨斯喀彻温大学LuisA.Buatois教授，以及中国地质大学（武汉）陈中强教授合作，将研究聚焦于二叠纪-三叠纪之交的遗迹学记录，系统梳理和评估了对应用于反映生态系复苏的所有遗迹学指标，并界定了每个指标的内涵和外延。这一工作筛选出了可以合理应用的遗迹学指标，并指出其具体使用的注意事项；同时也摒弃了一些遗迹学指标（如层面生物扰动指数）。研究人员指出，遗迹化石属种多样性和遗迹阶层的精细分析解读，能为底栖造迹生物复苏提供良好指示。该成果已在线发表在国际地质学综合期刊《地质科学评论》（Earth-ScienceReviews）上。综合以往二叠纪-三叠纪之交区域点上遗迹学研究，以及遗迹化石组合与沉积底质的相互作用，遗迹化石分布和环境氧化还原之间的关系，研究人员还取得如下认识：（1）三叠纪早期海洋充氧相的不均一分布是控制造迹生物复苏的关键。造迹生物在大灭绝事件后的短暂性复苏往往跟充氧环境密切相关，充氧相的不均一分布也导致了造迹生物在相同时段，类似环境单元产生复苏的不一致性。（2）微生物席的广泛发育，为造迹生物的复苏提供了可能驱动。因为前者为底栖生物的生存提供了相对充氧的环境条件和食物来源。（3）早三叠世遗迹化石浅的阶层分布特征表明生物扰动混合层在大灭绝事件后是缺失的。生物扰动混合层的缺失很可能对当时海洋的硫循环造成重要影响，促使沉积物中黄铁矿埋藏的增加。本研究受到中国科学院战略性先导科技专项（B类），中国科学院人才计划和国家自然科学基金的共同资助。论文信息：Luo,M*.,Shi,G.R.,Buatois,L.A.,Chen,Z.Q.,2020.Tracefossilsasproxyforbioticrecoveryaftertheend-Permianmassextinction:Acriticalreview.Earth-ScienceReviews,Volume203,103059.172020-07 -
奥陶纪末大灭绝前夕珊瑚动物群研究新进展奥陶纪末生物大灭绝是寒武纪大辐射以来海洋生物遭受的第一次重创，是显生宙地球生命遭受的第二大灭绝事件；它发生于凯迪期和赫南特期之交，通常被认为是由气候的剧烈变化（即奥陶纪末大冰期）所致。珊瑚因其对环境（尤其是气候）变化敏感，通过了解其在奥陶-志留纪之交的时空演变，对于深刻理解这次灭绝事件的过程和机制具有重要意义。但受限于化石记录及地层对比的精度，真正意义上的大灭绝前夕（凯迪最晚期）的化石记录在全球范围内并不多见，因而对其认识也不够充分。最近，中国科学院南京地质古生物研究所王光旭副研究员与澳大利亚新南威尔士地质调查所两位合作者（Ian.G.Percival和甄勇毅）系统研究了产自新南威尔士中部MalachisHill组顶部（凯迪阶顶部）的一个珊瑚动物群，为理解奥陶纪末大灭绝前夕的珊瑚动物群的面貌提供了一个重要窗口。相关研究成果已在国际地学期刊Alcheringa上在线发表。该项研究系统描述了该珊瑚动物群中7属10种（含2个新种），并结合已发表的资料，理清了这一珊瑚动物群的基本面貌。研究表明，该套动物群以皱纹珊瑚Bowanophyllum和Rhabdelasma及床板珊瑚Hemiagetolites和Paleofavosites的繁盛为特色，与哈萨克斯坦和南天山的同期动物群具有极大的相似性；但却与古地理位置更近的华南存在较大差异，这种差别可能是由时代或古纬度上的差异所造成。本项研究得到国家自然基金和中国科学院战略先导专项（B）共同资助。论文相关信息：Wang,G.X.,Percival,I.G.&Zhen,Y.Y.,2020.TheyoungestOrdovician(latestKatian)coralfaunafromeasternAustralia,intheuppermostMalachisHillFormationofcentralNewSouthWales.Alcheringa(https://doi.org/10.1080/03115518.2020.1747540)132020-07 -
《中国古植物志 银杏植物》专著出版由中国科学院南京地质古生物研究所周志炎研究员、杨小菊研究员、吴向午研究员等耗费十余年时间编著的《银杏植物》专著于2020年在科学出版社正式出版。作为《中国古植物志》编辑委员会主编的一系列分册中的一册，这是第一本编著完成并出版的古植物志书。中国的古植物研究始自十九世纪后半叶，早期的论著都是由西方国家的学者发表，直到二十世纪二十年代以后才有中国学者开始研究中国的植物化石，迄今为止也已过去近一个世纪。在过去的百余年里，中国的古植物学走过了曲折而光辉的发展历程，取得了举世瞩目的成就，特别是关于中生代银杏目化石的系统研究被誉为是该领域具有里程碑意义的工作。银杏是广为人知并深受大众喜爱的一种孑遗植物，在地质历史时期、尤其是中生代繁盛一时，其踪迹几乎遍及全球。我国陆相沉积十分发育，自晚古生代以来的地层中保存了丰富的银杏目植物化石。经过一个多世纪的发掘和研究，有关我国银杏目化石的文献可达数百种之多，因此有必要在国际和国内有关研究成果和进展的基础上对中国迄今已发表的银杏目化石进行一次阶段性地整理和总结。《银杏植物》从2009年开始正式立项，有关资料的收集和策划等准备工作开展得更早，但由于种种原因，进度一直很缓慢。在科学技术部科技基础性工作专项的资助和国际国内古植物学界同仁的帮助下，历经10余年的艰苦努力，中国古植物志书《银杏植物》终于出版了。本书共458页，包括276幅图和14张表，收集了一百五十多年来（1865年至今）分散在中外三百多篇（本）文献中发表的、我国二叠纪至古近纪的近两千个银杏植物化石记录。经过详细的检视和审核，对其中32个属、228个种以及大量未能确切鉴定和归类的名称进行了系统性地整理和汇编；依据化石性状特征、保存状况和研究程度将其分别纳入一个新的自然和形态分类系统中，同时对有关记录在鉴定、命名和论述等方面存在的主要问题做出评述或提出修改和厘定意见。该书还对银杏植物的研究历史、起源和亲缘关系、系统发育、分类和演化趋向以及在地质历史时期的时空分布和兴衰变迁过程等最新的研究成果和进展也做了较为详细的介绍。《银杏植物》系统地总结了中国银杏植物研究上的百余年成果。作为一本有关中国银杏植物的综合性和系统性的专著，是研究此类植物的重要文献，对今后的古植物学发展也将起到积极的促进作用。092020-07 -
山西阳泉发现早二叠世大型科达木化石群科达是一类已经绝灭的裸子植物，曾在晚石炭世—二叠纪盛极一时，全球广泛分布，是该时期陆地植被中的优势分子之一，亦是重要的成煤植物。科达植物的叶化石在我国北方的晚石炭世—晚二叠世地层中分布十分普遍；该类植物经常被解释为高大的乔木类型，在远古森林中扮演着冠层植被的角色。但是在华夏植物区它们的茎干化石却相对较为少见，对它们内部解剖结构和生活习性的理解与同时期欧美植物群相比较为薄弱；作为冠层植被，它们能够生长的直径和高度一直以来也没有一个较为清晰的认识。近期，中国科学院南京地质古生物研究所万明礼副研究员等人在我国山西省阳泉市早二叠世太原组上部的一层砂岩中（地方地质资料中称为“黄大肚砂岩”）发现了一个木化石群，据统计该木化石群共由211棵大型的科达类植物茎干组成。该成果已经在线发表于《远古世界》（Palaeoworld）。据悉，目前该木化石群的发现已经引起当地政府的高度重视，被阳泉市规划与自然资源局列为重点保护对象，拟在此基础上建设化石遗迹公园和博物馆。该化石群中茎干保存了具有横隔的髓部（Artisia型）和密木型的次生木质部；其中，直径大于30厘米的茎干共有90棵，最粗的茎干基部直径可达1.36米；基于茎干基部直径的数值计算出这类植物最高可达43.54米，是目前国内已发现和报道的个体最大的科达茎干化石；茎干木材中均没有生长轮发育，含化石地层上、下具有煤层出露，表明阳泉地区该时期气候潮湿且十分稳定，没有明显的季节性变化。此外，16棵化石木材连同其复杂的根系共同保存在三角洲平原上的分流河道砂岩中，表明这些植物原本生活在河岸带；堤岸在河道侧向迁徙过程中发生侵蚀造成原本生活在这一环境下的植物被带入河道并最终埋藏，形成化石群落。研究人员发现，目前我国二叠纪成煤沼泽中的科达类植物尽管也被认为是冠层植被，但个体都相对较为矮小，直径最粗的不超过30厘米；而在碎屑环境中，该类植物个体可以生长得更为高大。尽管根据欧美地区化石材料的系列研究认为大型的科达类植物一般生活在盆地外较为干旱的高地中，但当前的研究表明在二叠纪时期的华北地区，它们依然生活在水分条件充足的三角洲平原和泛滥平原上，反映出该类植物具有多元化的生态习性。本研究受到国家自然科学基金、中国科学院中科院战略性先导科技专项（B类）、现代古生物学和地层学国家重点实验室自主项目，以及中国科学院青年创新促进会的联合资助。论文相关信息：Wan,M.L.,Yang,W.,Wan,S.,Li,D.D.,Zhou,W.M.,He,X.Z.,Wang,J.,2020.GiantcordaitaleantreesinearlyPermianripariancanopiesinNorthChina:EvidencefromanatomicallypreservedtrunksinYangquan,ShanxiProvince.Palaeoworld,https://doi.org/10.1016/j.palwor.2020.04.008072020-07 -
缅甸琥珀揭示多样性昆虫结构色的形成机制自然界中五彩缤纷、光怪陆离。自然界中的颜色主要有三个方面的来源：即生物发光、色素色和结构色。色素色也称为化学色，而结构色也叫物理色。结构色是自然界中色彩最为纯净且最强烈的颜色，通常由生物纳米光学结构与自然光的作用产生。化石中的结构色可以为生物之间的视觉交流和颜色的功能演化等方面提供重要证据。然而，可能是由于结构色很容易在长期的化石埋藏作用中丢失，地质历史中原始的结构色的证据极其罕见。近日，中国科学院南京地质古生物研究所蔡晨阳副研究员、泮燕红研究员一起带领研究团队，通过对白垩纪缅甸琥珀中大量的具金属色彩的昆虫进行了系统研究，发现纯净而强烈的颜色可直接在多种昆虫身体表面保存下来。通过琥珀超薄切片、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等技术的分析发现，一种青蜂科昆虫胸部表面的蓝绿色是由多层重复出现的纳米级构造组成，代表一种典型且常见的结构色类型，即多层反射膜（multilayerreflector），通过进一步的光学理论模型分析得到其反射波长与观察到的昆虫颜色波长接近，证实白垩纪琥珀昆虫身体表面显示的颜色可能是原始颜色。这一发现直接证明了超微纳米级的光学元件可在长期地质历史中稳定保存，否定了前人关于昆虫金属色不能在中生代化石中保存的观点，并对认识早期昆虫结构色生态功能的演化具有重要意义。该研究于2020年7月1日在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》（ProceedingsoftheRoyalSocietyB）上。蔡晨阳等人从白垩纪中期标本中（距今约1亿年）筛选出35枚保存精美的带金属光泽的昆虫化石，共包括3个目（膜翅目、鞘翅目和双翅目），至少7个科；其中绝大部分标本属于膜翅目青蜂科，少部分属于鞘翅目隐翅虫科、蜡斑甲科和隐翅虫科，以及双翅目的水虻科。大部分中昆虫种类的全身或是部分身体结构呈现出强烈的具金属光泽的绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色或蓝紫色。通过与古生、现生物种的对比研究，发现这些化石昆虫对应的现生属种同样有类似的带有金属光泽的颜色。因此这一发现直接证明了中生代昆虫的亮眼结构色是可以保存下来的。并且通过对其中一枚化石青蜂标本的超微分析，证实了多层反射膜是产生结构色的直接原因，这也代表着自然界中最为普遍的一类形式的结构色。值得一提的是，缅甸琥珀中的看似能永久保存的彩色金属结构色并不是保持不变的。若琥珀昆虫在前期准备（如切割、打磨和抛光等）过程中，琥珀昆虫的任一小部分结构受到损坏，使其与空气或水分接触，则其颜色便会在短期内变成单一的银色，但金属光泽仍是可以保存的，并且这种变化是不可逆转的。这一现象的发现为揭示缅甸琥珀乃至其他琥珀中的银色昆虫的形成原因，对早期昆虫特征的认定和描述均具有重要的参考价值。琥珀昆虫的结构色具有重要的生态意义，较为常见的绿色很可能是在茂密森林环境中的一种隐蔽色，能帮助昆虫隐匿自身从而躲避捕食者。另外，结构色参与昆虫热调节的可能性也不能完全被排除。因此不同色彩的结构色出现在不同种类的昆虫中，在一定程度上暗示了白垩纪中期森林中已经存在复杂的生态关系。本项研究由中国科学院、国家自然科学基金委和中科院青促会的联合资助。论文信息：CaiChenyang*,TihelkaE.,PanYanghong*,YinZiwei,JiangRixin,XiaFangyuan,HuangDiying.2020StructuralcoloursindiverseMesozoicinsects.Proc.R.Soc.B20200301.http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2020.0301022020-07 -
侏罗纪植物化石揭示穗花杉近1.6亿年形态演化迟滞红豆杉是著名的庭园树种，在世界各地被广泛栽培，一直备受世人喜爱。狭义红豆杉科植物包括红豆杉属、白豆杉属、穗花杉属、榧树属和澳洲红豆杉属。在野生状态下，很多红豆杉科植物都属于濒危珍稀物种。穗花杉属现今仅有5~6个现生种，它们均被世界自然保护联盟（IUCN）列为严重濒危珍稀物种。化石证据显示，红豆杉科演化历史漫长，其祖先类群在侏罗纪最早期就已经出现，并在侏罗纪和白垩纪可能已具有一定的多样性。但具研究价值的红豆杉科化石非常有限，尤其是保存了繁殖器官的化石材料更加缺乏，使得研究者们对红豆杉科现生属起源和早期演化的认知较为匮乏。近期，中国科学院南京地质古生物研究所董重博士、史恭乐副研究员、王永栋研究员和美国芝加哥植物园、美国橡树泉园林基金会和耶鲁大学森林与环境学院等机构同行合作，系统研究了我国东北中-晚侏罗世道虎沟生物群中的一类红豆杉科化石。通过比较形态学证据和形态谱系分析均支持这些化石属于现生的穗花杉属。研究结果表明，与银杏类似，穗花杉代表了另外一种起源时间可追溯到中-晚侏罗世（距今约1.6亿年）的植物“活化石”，在近1.6亿年来其形态几乎未发生变化。2020年6月，这一研究成果在线发表于高水平综合类期刊《国家科学评论》（NationalScienceReview）。该植物化石产自内蒙古宁城道虎沟村的道虎沟化石层。化石末级小枝近对生，几乎展布在同一平面，叶呈线状披针形，交互对生，叶正面具明显凸起的中脉，背面中脉、两条气孔带和两条叶边缘带明显；种子着生结构单生于小枝叶腋，由一个顶生的种子和一个短而裸露的种柄构成，种子基部有约5对交互对生的苞片。化石的这些形态特征和现生穗花杉非常相似。研究进一步采用13组形态特征对包括狭义红豆杉科现生种和化石种、三尖杉属现生种在内的10个类群进行了系统发育分析，分别采用了完全基于形态学数据的传统方法，和以分子系统发育树为骨架的分子骨架法。分析结果均证实道虎沟这一植物化石可归入现生穗花杉属。内蒙古东部中-晚侏罗世道虎沟化石层中发现的这一植物化石证实，穗花杉的起源时间至少可追溯至约1.6亿年前。活化石”这一概念最早出现于达尔文1859年所著的《物种起源》一书。“活化石”所反映的形态演化迟滞现象是演化生物学最令人饶有兴趣的科学问题之一。我国现代植物多样性丰富，其中不乏大量起源古老的科属和孑遗类群。根据可靠化石记录，我国的珍稀植物滇桐、珙桐、青钱柳和水杉等最早的化石记录可追溯至新生代早期；台湾杉、雪香兰等可追溯至早白垩世。而本次研究证实，穗花杉和银杏一样，最早化石记录可追溯至侏罗纪，是名副其实的植物“活化石”。相关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（B类）、美国国家科学基金、中国科学院青年创新促进会等机构的联合资助。论文相关信息：DongChong,ShiGongle*,HerreraF.,WangYongdong,HerendeenP.S.,CraneP.R.,Middle-LateJurassicfossilsfromnortheasternChinarevealmorphologicalstasisinthecatkin-yew.NationalScienceReview.https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa138012020-07 -
山东新发现拉伸纪宏体化石生物群多细胞宏体真核生物的出现是地球生命进化史上极为重要的革新事件，生物开始多细胞化以后，才逐步产生细胞的分化，从而实现器官的分化以及出现各种复杂的形态和功能。从寒武纪至今的生命历史中，复杂的多细胞生物是地球生物圈的主体，植物、动物和大型真菌占据了陆地生态系统，而海洋生态系统中则以动物和海藻为主，它们在现代海洋生态系统中起着重要的生态和生物地球化学作用。但在寒武纪之前，多细胞生物是在何时、何种环境背景下以何种形态由微小的、单细胞生物演化而来要回答这些问题，只有保存在更古老岩层中的生物化石才能提供最直接的证据。分子钟研究显示，多细胞真核生物的主要类群（植物、动物和真菌）在新元古代早期的拉伸纪甚至更早的时代即已起源，其中藻类的演化历史可追溯至古元古代或中元古代。然而，生物标记化合物保存下来的分子化石表明，在新元古代大冰期之前的海洋中，原核生物是主要的初级生产者，直到新元古代大冰期藻类才初步具备了生态优势，并逐渐成为海洋中主要的初级生产者。在新元古代早期的拉伸纪，宏体藻类的化石记录非常稀少。与新元古代晚期的埃迪卡拉纪宏体藻类化石群相比，拉伸纪的宏体藻类化石群，多样性通常低很多，藻类的形态也相对简单。最近，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的庞科副研究员、王伟副研究员、吴承羲等研究者与山东科技大学陈雷教授、李光金博士等通过多年的化石挖掘和合作研究，从华北地台山东安丘地区的拉伸纪地层土门群石旺庄组（距今约9.1-7.2亿年）中报道了一个丰富的、保存精美、形态多样的宏体藻类化石生物群。相关成果已于近期发表在地学类学术期刊《前寒武纪研究》（PrecambrianResearch）上。石旺庄组生物群以布尔吉斯页岩型的形式保存为碳质压膜，由12属16种以及1个未命名丝状体组成，包括新建立的1属6种：Anqiutrichoidesconstrictusn.gen.andsp.；Eosolenamagnan.sp.；Protoarenicolabaishicunensisn.sp.；Protoarenicolashijiacunensisn.sp.；Pararenicolagejiazhuangensisn.sp.和Sinosabelliditeshuangshanensisn.sp.。石旺庄生物群的属种多样性，远大于以往发现的其他拉伸纪化石生物群，几乎可以与埃迪卡拉纪的化石生物群，如蓝田生物群、庙河生物群中的藻类多样性相比较。石旺庄生物群，含有11中真核宏体藻类化石、4种蓝细菌化石，以及2种生物属性未知的类型。3种宏体化石，包括Chuaria、Anqiutrichoidesconstrictus、Eosolenamagna，保存了精美的多细胞结构。其中，Anqiutrichoidesconstrictus和Eosolenamagna由亚毫米-毫米级的巨型细胞组成丝状体，为多核的（一个细胞内含有多个细胞核）多细胞绿藻化石。7种宏体化石，包括Protoarenicolabaiguashanensis、Protoarenicolabaishicunensis、Protoarenicolashijiacunensis、Pararenicolahuaiyuanensis、Pararenicolagejiazhuangensis、Sinosabelliditeshuainanensis和Sinosabelliditeshuangshanensis，为具有精细横向环纹结构的多核管状藻类（整个管状体为具有多个细胞核的单个细胞）。其中，Protoarenicola属的管状体一端具有圆盘状固着器，Pararenicola属的管状体一端具有开口、另一端封闭，而Sinosabellidites属的管状体则两端均封闭。石旺庄生物群的发现，为我们认识新元古代大冰期之前的宏体藻类面貌提供了重要的直接证据，表明真核生物的某些进化分枝可能通过简单的多细胞化或多核体形式实现了宏体化，并为最终出现的复杂多细胞化铺平了道路。石旺庄生物群丰富、多样的藻类化石亦表明，在拉伸纪的宏体藻类的多样性被严重低估，它们可能已经开始在全球范围内（或至少在局部）起到了重要的生态和生物地球化学作用。此外，石旺庄生物群中的Chuaria-Tawuia组合和Sinosabellidites-Protoarenicola-Pararenicola组合为典型的拉伸纪化石属种组合，具有重要的生物地层学意义，表明石旺庄组为拉伸纪沉积的地层。此项研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院、现代古生物学和地层学国家重点实验室、山东科技大学等相关项目的联合资助。论文相关信息：Li,G#.,Chen,L.#*,Pang,K.*,Zhou,G.,Han,C.,Yang,L.,Lv,W.,Wu,C.,Wang,W.,Yang,F.AnassemblageofmacroscopicanddiversifiedcarbonaceouscompressionfossilsfromtheTonianShiwangzhuangFormationinwesternShandong,NorthChina.PrecambrianResearch,2020,346:105801.图1石旺庄生物群中的Chuariacircularis和Chuaria多细胞聚集体(A-C)、Tawuiadalensis(E-G)、Vendotaeniasp.(H-I)、Mucoplagumprimitivum(J)、Glomulusfilamentum(K)、未命名丝状体(L)以及Beltinadanai(M)图2石旺庄生物群中的Protoarenicolabaiguashanensis(A-B)、Protoarenicolabaishicunensisn.sp.(C-E)、Protoarenicolashijiacunensisn.sp.(F-G)；Pararenicolahuaiyuanensis(H-I)、Pararenicolagejiazhuangensisn.sp.(J–K)；Sinosabelliditeshuainanensis(L)、Sinosabelliditeshuangshanensisn.sp.(M)232020-06