科研进展----中国科学院南京地质古生物研究所

硅酸盐硼同位素测定方法获得发明专利授权
近期，中国科学院南京地质古生物研究所与东华理工大学合作研发的一种基于水解Na2O2碱融法的硅酸盐硼同位素测定方法获得发明专利授权（授权公告号：CN 116067740B）。
　　近期，中国科学院南京地质古生物研究所与东华理工大学合作研发的一种基于水解Na2O2碱融法的硅酸盐硼同位素测定方法获得发明专利授权（授权公告号：CN 116067740B）。
　　硼同位素是地球与行星科学研究中的一个重要工具。但是精确测量硅酸盐的硼同位素存在一定的挑战，其主要原因源于样品消解。碱熔法是一种适合于硅酸盐样品的熔样方法。可目前用于测量硅酸盐硼同位素的碱熔法采用的铂金价格昂贵，成本高；或是玻璃碳坩埚和较高的助熔剂比例导致测量效率低等问题。而且，现有的碱融法在样品和试剂前处理过程中存在工艺流程复杂和准确性较差的问题。
　　为了解决现有技术中的难题，本发明提供了一种安全且高效的硅酸盐硼同位素测定方法。该方法以水合过氧化钠作为助溶剂，采用廉价的银坩埚和马弗炉，在最大限度降低助溶剂用量的同时实现了硅酸盐样品硼含量和硼同位素组成的精准测试。该方法对地球深部水循环、矿产资源勘探、地球与行星演化等研究领域具有重大的作用。
　　

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2023-08
Science发表原论文作者团队对两篇评述云南虫论文的回应
原论文报道了云南虫化石的鳃弓由叠盘状软骨细胞结构和含有微原纤维构造的细胞外基质组成，被认为符合脊椎动物的特征。研究还通过系统发育分析，显示云南虫最有可能是基干脊椎动物。
　　2022年7月8日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎领衔的“地球-生命系统早期演化”研究团队和南京大学地球科学与工程学院教授姜宝玉课题组合作在《科学》（Science）期刊上发表了澄江动物群云南虫化石的研究论文(Tian et al., 2022)（以下称为原论文）。原论文报道了云南虫化石的鳃弓由叠盘状软骨细胞结构和含有微原纤维构造的细胞外基质组成，被认为符合脊椎动物的特征。研究还通过系统发育分析，显示云南虫最有可能是基干脊椎动物。
　　2023年7月28日，《科学》（Science）同时发表了两篇针对原论文的评述文章和原论文作者团队的回应文章。在第一篇评述中，He等对云南虫叠盘状软骨细胞结构和微原纤维基质的解释提出了不同观点，并据此定义了不同于原论文的云南虫分类位置(He et al., 2023)。在第二篇评述中，Zhang和Pratt认为纳米尺度的微原纤维不可能从寒武纪保存至今，微原纤维构造可能是现代污染物(Zhang and Pratt, 2023)。对于两篇评述文章，原论文团队的回应文章展示了新的形态学和化学证据，进一步支持了原论文的解释(Tian et al., 2023)。
　　He等认为鳃棒是中空的管状结构，鳃棒的细胞状结构是中空的鳃丝根部形态（图1A）。但是，He等评述文章中展示的化石照片（图1B）显示鳃棒并非中空，含有紧密堆叠的细胞状结构。这些细胞状结构与鳃丝并没有一一对应（图1C）。原作者团队的显微CT扫描数据从多个角度揭示鳃棒不是中空的，而是由多排2–3个细胞状结构组成。这些细胞状结构呈密闭的空心球状，与鳃棒两侧的鳃丝并不相通，排除了是鳃丝根部形态的可能（图2）。
　　图1.云南虫鳃弓形态。（A）He等评述文章中的鳃弓复原图认为鳃棒呈中空管状。（B–C）原作者团队根据He等提供的化石照片（B）重新解释了鳃棒内部并非中空，而是由多排2–3个细胞状结构组成（C）。（A–B）来自（He et al., 2023），（C）来自(Tian et al., 2023)。
　　图2.回应文章中展示的云南虫鳃弓的CT三维渲染和切片。（A）鳃棒内部并不是中空管状，而是由多排细胞状结构组成。（B–F）三个方向的切片都显示细胞状结构是密闭空心的，与鳃丝并不相通，不是鳃丝根部底座。比例尺均为100 μm。修改自(Tian et al., 2023)。
　　He等评述还认为微原纤维可能是黏土矿物。但是，黏土矿物主要由硅、铝、镁、铁元素组成。回应中新的元素分析结果再次显示微原纤维以碳元素为主（图3），与原论文中的元素和光谱分析结果一致(Tian et al., 2022)。这说明微原纤维不是黏土矿物，而是有机残留物。
　　图3. 透射电镜样品的高角环形暗场像（HAADF-STEM）和能量色散X射线光谱，显示了化石微原纤维区域主要由碳元素组成。修改自(Tian et al., 2023)。
　　Zhang和Pratt认为含有微原纤维的碳膜可能是覆盖在化石表面的现代有机污染物。回应文章中逐步放大的扫描电镜照片显示，不同于现代污染物是覆盖在化石和沉积物表面的，含有微原纤维的碳膜嵌入了沉积物之中（图4）。同时，回应文章指出原论文中碳膜的傅里叶红外光谱（FTIR）和地质历史时期形成的有机残留物相似，都具有明显的脂肪族CH3、CH2和芳香族C=C吸收峰，且缺失现代有机物的一系列特征吸收峰，排除了来源于现代污染物的可能。
　　图4.逐步放大的扫描电镜照片。（A–F）在化石表面，碳膜上有沉积物颗粒覆盖；（G–L）在化石截面上，碳膜被紧紧地夹在两层沉积物之间。红色三角形指示沉积物颗粒，白色三角形指示微原纤维构造。来自(Tian et al., 2023)。
　　上述新证据进一步支持了云南虫具有脊椎动物特有的软骨鳃弓，且含有微原纤维的碳膜是古代有机物，排除了评述中推测的黏土矿物或现代有机污染物的可能。原论文发表的一年以来，受到了全世界学者的广泛关注。截止至2023年7月28日，Web of Science数据库显示原论文已被他人引用6次。其中，5篇论文接受了原论文提出的云南虫属于脊椎动物干群的观点(Johanson, 2023; Mallatt, 2023; Mikami et al., 2023; Onai et al., 2023; Xiao, 2022)，1篇论文表达了不同观点(Cong, 2023)。
　　该回应文章的发表得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金委、现代古生物学和地层学国家重点实验室、南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划等基金的大力支持。
　　原论文相关信息：
　　Tian, Q., Zhao, F., Zeng, H., Zhu, M., Jiang, B., 2022. Ultrastructure reveals ancestral vertebrate pharyngeal skeleton in yunnanozoans. Science. 377, 218–222. https://doi.org/10.1126/science.abm2708.
　　
　　回应文章相关信息：
　　Tian, Q., Zhao, F., Zeng, H., Zhu, M., Jiang, B., 2023. Response to Comments on “Ultrastructure reveals ancestral vertebrate pharyngeal skeleton in yunnanozoans.” Science. 381, eadf3363. https://doi.org/10.1126/science.adf3363.
　　
　　评述文章相关信息：
　　He, K., Liu, J., Han, J., Ou, Q., Chen, A., Zhang, Z., Fu, D., Hua, H., Zhang, X., Shu, D., 2023. Comment on “Ultrastructure reveals ancestral vertebrate pharyngeal skeleton in yunnanozoans.” Science. 381, eade9707. https://doi.org/10.1126/science.ade9707.
　　Zhang, X., Pratt, B.R., 2023. Comment on “Ultrastructure reveals ancestral vertebrate pharyngeal skeleton in yunnanozoans.” Science. 381, eadf1472. https://doi.org/10.1126/science.adf1472.
　　
　　参考文献：
　　Cong, P., 2023. The early animal radiation: insights from interpreting the Cambrian problematic fossils. Front. Earth Sci. 11, 1–13. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1120118.
　　Johanson, Z., 2023. Vertebrate cranial evolution: contributions and conflict from the fossil record. Evol. Dev. 25, 119–133. https://doi.org/10.1111/ede.12422.
　　Mallatt, J., 2023. Vertebrate origins are informed by larval lampreys (ammocoetes): a response to Miyashita et al. , 2021. Zool. J. Linn. Soc. 197, 287–321. https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlac086.
　　Mikami, T., Ikeda, T., Muramiya, Y., Hirasawa, T., Iwasaki, W., 2023. Three‐dimensional anatomy of the Tully monster casts doubt on its presumed vertebrate affinities. Palaeontology 66, 1–14. https://doi.org/10.1111/pala.12646.
　　Onai, T., Aramaki, T., Takai, A., Kakiguchi, K., Yonemura, S., 2023. Cranial cartilages: players in the evolution of the cranium during evolution of the chordates in general and of the vertebrates in particular. Evol. Dev. 1–12. https://doi.org/10.1111/ede.12433.
　　Xiao, S., 2022. Extinctions, morphological gaps, major transitions, stem groups, and the origin of major clades, with a focus on early animals. Acta Geol. Sin. - English Ed. 96, 1821–1829. https://doi.org/10.1111/1755-6724.15027.

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2023-07
遗迹群落指示浊流引发的海底氧化事件及其动态过程
科研人员利用岩相和微相特征，恢复了研究层段的沉积过程；并通过遗迹学分析，识别出研究层段遗迹群落类型及其代表的相对氧含量水平。在此基础上，研究人员重建了晚二叠世上寺地区贫氧盆地内浊流沉积过程中底栖生物定殖序列及其反映的海底动态氧化过程。
　　遗迹化石是指地质历史时期生物在沉积物表面或其内部产生的各种生命活动记录，包括足迹、移迹、潜穴、钻孔和其它构造（如根系内模、蛋化石和粪化石等）。由单个底栖生物群落产生的遗迹化石组合称为遗迹群落。遗迹群落是重建沉积环境、恢复古环境参数（如相对氧含量、水深、盐度等）的有力工具。然而，时间平均效应和生物潜穴间的相互穿插破坏往往为遗迹群落的识别、分析和应用带来困难。
　　另外，在现代局限的贫氧盆地中，浊流是分层水体混合的普遍方式，可以显著改变深层水体的化学成分和氧含量。但在地质历史时期，浊流相关的氧化事件却很少报道。作为沉积盆地内贫氧水体氧化的一种普遍机制，浊流的作用没有得到应有的重视。
　　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副研究员郑全锋和研究员曹长群，对四川广元上寺剖面上二叠统大隆组上段层序进行了高精度沉积学和遗迹学研究。科研人员利用岩相和微相特征，恢复了研究层段的沉积过程；并通过遗迹学分析，识别出研究层段遗迹群落类型及其代表的相对氧含量水平。在此基础上，研究人员重建了晚二叠世上寺地区贫氧盆地内浊流沉积过程中底栖生物定殖序列及其反映的海底动态氧化过程。该研究成果在线发表于地学类国际期刊《地质学杂志》（Geological Journal）。
　　研究发现，研究层段主要由代表背景沉积的黑色页岩和代表快速浊流沉积的细粒浊积灰岩组成。黑色页岩中发育水平层理，生物扰动微弱，缺乏原生的生物潜穴构造（黑色页岩沉积过程中底栖生物形成的潜穴构造）；指示了缺氧的海底环境。
　　浊积灰岩中生物扰动强烈，发育大量原生的生物潜穴构造。依据潜穴间的截切关系和潜穴充填物特征，典型浊积灰岩中的遗迹化石可以划分为三期遗迹群落：（1）最早期的Thalassinoides/?Scolicia遗迹群落，所属分子包括Thalassinoides/?Scolicia、Zoophycos和Planolites，该遗迹群落具有最大的最大潜穴直径和最大穿透深度，代表了三个遗迹群落中最高的氧含量水平；（2）稍晚期的Planolites-Zoophycos遗迹群落，包括Planolites、Zoophycos、大型Chondrites和小型Chondrites，该遗迹群落具有中等大小的最大潜穴直径和最大穿透深度，代表了三个遗迹群落中中等水平的氧含量；（3）最晚期的Zoophycos遗迹群落，仅发育Zoophycos一个遗迹属，该遗迹群落具有最小的最大潜穴直径和最大穿透深度，以及最低的遗迹属分异度，代表了三个遗迹群落中最低的氧含量水平。其中，Thalassinoides/?Scolicia遗迹群落形成于浊流沉积的晚期和沉积后不久，指示了最为氧化的海底环境；Planolites-Zoophycos遗迹群落形成于浊流沉积之后的稍晚阶段，指示了较为还原的海底环境；Zoophycos遗迹群落形成于浊流沉积之后的更晚阶段，指示了更为还原的海底环境。
　　该项研究表明，在贫氧盆地内，来自浅水区的沉积物浊流可以为深层水体带去丰富的氧气，局部性氧化贫氧的海底环境，并对底栖生物产生显著影响。
　　该项研究得到了国家自然科学基金委和中国科学院战略性先导科技专项的共同资助。
　　论文相关信息：Zheng, Q.F.*, Cao, C.Q., 2023. Dynamic process of turbidity current-induced benthic-marine oxygenation evidenced by sequential ichnocoenoses: An example from a Late Permian oxygen-deficient basin. Geological Journal, https://doi.org/10.1002/gj.4837.
　　图1 研究层段岩相（a）、微相（b ~ f）和沉积柱状图（g）
　　图2 研究层段岩石光片照片（a）及素描图（b）
　　图3 研究层段沉积过程、遗迹群落定殖序列和海底氧化还原条件动态变化示意图

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2023-07
琥珀标本揭示了线虫寄生行为的演化
近期，中国科学院南京地质古生物研究所科研人员与美、英同行等合作，通过16块缅甸克钦琥珀（约1亿年前）中索线虫及其寄主的标本开展研究，进而揭示了线虫寄生行为的早期演化历史。相关成果于2023年7月14日发表在Nature Index (NI)期刊eLife。
　　线虫广泛分布于几乎所有的表层环境中，但由于体型小，无硬质结构，其化石记录极为稀少。索线虫是一类特殊的线虫，和其它线虫相比，索线虫体型大，琥珀中有不少索线虫及其寄主共同保存的化石。近期，中国科学院南京地质古生物研究所科研人员与美、英同行等合作，通过16块缅甸克钦琥珀（约1亿年前）中索线虫及其寄主的标本开展研究，进而揭示了线虫寄生行为的早期演化历史。相关成果于2023年7月14日发表在Nature Index (NI)期刊eLife。
　　线虫是生物圈食物网的重要组成部分，能够促进营养元素循环，对地球的生态环境有重要影响。索线虫主要寄生于各类无脊椎动物，如昆虫、马陆、蜘蛛、甲壳动物、软体动物和环节动物等。它们可以改变寄主的形态、生理特征甚至操控寄主的行为。在索线虫发育成熟离开寄主之后，寄主通常会死亡，因此索线虫被认为是一种可靠的生物防治工具，尤其是可以用来防治传播疟疾的蚊子。
　　索线虫化石之前主要报道于始新世的波罗的海琥珀（11种）和中新世多米尼加琥珀中（9种），白垩纪的化石只有4种，新生代之前的化石记录非常罕见。因此，我们对索线虫寄生行为的早期演化知之甚少。南京古生物所博士生罗慈航在研究员王博的指导下对缅甸克钦琥珀索线虫标本开展了系统研究。
　　此次研究发现16块与其寄主共同保存的索线虫标本包含了9个索线虫新种，将索线虫在白垩纪的物种多样性翻了3倍多（从4种到13种）。同时，这些索线虫的寄主分布于昆虫9个目，这使得克钦琥珀的索线虫寄主的多样性显著高于波罗的海琥珀（6个目）和多米尼加琥珀（3个目）。研究表明，索线虫的寄生行为在白垩纪就已经广泛出现，可能已经起到了调节昆虫种群数量的作用，并在陆地生态系统中扮演了重要角色。
　　同时，研究发现这16块缅甸克钦琥珀索线虫标本中有12块标本中的寄主种类是之前未知的。不论是在现代记录还是化石记录中，都没有线虫寄生石蛃（一类原始的无翅昆虫）的报道，但此次研究化石中记录了一枚索线虫寄生石蛃目昆虫标本。与之类似，之前从来没有索线虫寄生啮虫（俗称书虱）的例子，但在缅甸克钦琥珀中却发现了三枚标本，这表明白垩纪啮虫可能被索线虫广泛寄生。而孔瓢蜡蝉是一类已经灭绝的蜡蝉，也有两枚标本被索线虫寄生，这也是蜡蝉被线虫寄生最古老的记录。同时，研究人员发现索线虫还寄生了蜻蜓（蜻蜓目）、蠼螋（革翅目）、蟋蟀（直翅目）和蟑螂（蜚蠊目），这四个昆虫类群会被现代的索线虫寄生，但在化石中是首次发现。
　　另外，本研究还发现在白垩纪中期的缅甸克钦琥珀中，被索线虫寄生的9个昆虫目中只有1个目属于全变态类昆虫（全变态类昆虫是经过完全变态发育的昆虫类群，一生有卵、幼虫、蛹和成虫四个虫期）。在波罗的海琥珀中，6个昆虫目有4个都是全变态类昆虫，在多米尼加琥珀中，3个昆虫目全部都是全变态类。通过进一步统计之前所有的线虫的化石记录，研究发现相同的情况不只出现在索线虫中，也出现在整个线虫类群中。在白垩纪中期的克钦琥珀中，只有大约40%的寄主属于全变态类，但是到了新生代的波罗的海和多米尼加琥珀，80%的寄主都属于全变态类。全变态类昆虫在白垩纪时期已经是占绝对优势的昆虫类群，它们也是现生线虫最主要的寄主。研究表明，至少在白垩纪中期之前，线虫更倾向于寄生非全变态类昆虫。此研究揭示了线虫寄生行为的早期演化历史，研究推测线虫与全变态类昆虫之间广泛的寄生关系可能要到新生代才出现。
　　索线虫在白垩纪展现出的高度寄主多样性让我们得以一窥地质历史时期线虫与寄主的相互关系及其演化历史，为我们重建白垩纪陆地生态系统提供了直接证据，也为我们理解现代生态系统的起源和早期演化提供了新视野。当期杂志配发了由波兰和美国学者撰写的Insight评论文章，认为该成果为研究寄生虫与其宿主的演化提供了范例，使人们能够更好地评估现生物种的灭绝风险。
　　本研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院和科技部的资助。
　　论文相关信息：Luo Cihang, Poinar G.O., Xu Chunpeng, Zhuo De, Jarzembowski E.A., Wang Bo, 2023. Widespread mermithid nematode parasitism of Cretaceous insects. eLife 12, e86283. https://doi.org/10.7554/eLife.86283
　　Insight评论文章信息：De Baets K., Vanadzina K., Schiffbauer J., 2023. Trapped in time. eLife 12, e90008. https://doi.org/10.7554/eLife.90008
　　图1 昆虫被索线虫寄生（第一部分）
　　图2 昆虫被索线虫寄生（第二部分）
　　图3 索线虫寄生昆虫的化石记录
　　图4 从白垩纪到新生代线虫寄主在三大琥珀生物群的演变

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2023-07
华北板块吉南地区前寒武系-寒武系界线研究取得新进展
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与南京大学和弗吉尼亚理工大学等人合作，对吉林白山地区浑江群顶部的青沟子组进行了系统的生物地层学研究，并从中获得大量保存精美的有机质壁微体化石，其中很多属种都是该地区的首次报道。
　　前寒武系—寒武系界线是最重要的地质界线之一，然而这一地质界线在全球范围内并不都是连续沉积。前寒武系-寒武系界线处的“大不整合（Great Unconformity）”在世界各地都有报道，被认为可能是寒武纪大爆发的环境诱因。然而，“大不整合”的驱动机制、持续时间和古地理范围仍然存在广泛争议。
　　华北板块吉南地区发育一套中—新元古代厚层海相碎屑岩与碳酸盐岩地层，其中不乏精美的有机质壁微体化石以及宏体碳质压膜化石。由于缺乏精确的年龄数据，对这套地层的时代归属和划分对比长期存在着争议，从而阻碍了研究人员对于该地区前寒武纪生物演化和构造历史的深入了解。例如，华北板块东南缘胶辽徐淮地区普遍存在的大不整合面，在吉南地区并没有得到准确识别。
　　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副研究员万斌指导硕士研究生郑文涛，与南京大学和弗吉尼亚理工大学等人合作，对吉林白山地区浑江群顶部的青沟子组进行了系统的生物地层学研究，并从中获得大量保存精美的有机质壁微体化石，其中很多属种都是该地区的首次报道。相关成果近期发表在国际期刊《前寒武研究》(Precambrian Research)。
　　该组地层中的化石类型主要包括丝状体，球形亚类以及带刺疑源类，共计29属41种和3个未命名类型。特别是中元古代晚期-新元古代早期的潜在标准化石Trachyhystrichosphaeraaimika的发现，表明青沟子组应为新元古代大冰期之前的沉积，其与上覆寒武纪水洞组之间存在着超过两亿年的沉积间断。结合前人的研究以及本研究微体化石的证据，表明华北板块东缘前寒武纪-寒武纪界线普遍存在一个超过两亿年的“大不整合”。
　　本项研究受科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院、现代古生物学和地层学国家重点实验室、香港博士后基金、中国博士后基金等联合支持。
　　论文信息：Wentao Zheng, Qing Tang*, Shuhai Xiao, Ke Pang, Junyao Kang, Guangjin Li, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan, Bin Wan*. 2023. The Proterozoic Qinggouzi microfossil assemblage and its biostratigraphic constraints on the Great Unconformity in northeastern North China Craton. Precambrian Research. 395: 107130.https://doi.org/10.1016/j.precamres.2023.107130.
　　图1 吉林白山地区青沟子组有机质壁微体化石产出层位和分布状态
　　图2 吉林白山地区青沟子组中的中元古代晚期-新元古代早期潜在标准化石Trachyhystrichosphaeraaimika
　　图3 华北板块中元古代-新元古代早期产出的有机壁微体化石网络分析图
　　图4 华北板块东缘新元古代—寒武纪早期综合地层图和“大不整合”的层位限定

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2023-07
“金字塔”式生物礁分类新方案
近期，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员要乐，与英国布鲁内尔大学Stephen Kershaw博士，以及中国科学院院士沈树忠、南京大学教授王向东合作，结合作者们长期生物礁与古环境的研究，对已发表的生物礁定义和分类方案进行了详细的梳理和总结，提出了新的生物礁分类方案，并探讨了显生宙生物礁系统演化过程与古环境变化的关系。相关研究成果发表于国际地学期刊《沉积学》（Sedimentology）上。
　　生物礁是由底栖固着生物作用形成的原位碳酸盐岩沉积。它具有长达30多亿年的演化历史，前寒武纪以微生物礁系统主导；伴随显生宙后生动物的繁盛，微生物礁系统逐渐被后生动物礁系统取代，仅在生物灭绝事件后出现繁盛。
　　后生动物礁，例如现代海洋珊瑚礁，具有极高的造礁生物丰度和生物多样性，是海洋中重要的生态系统。显生宙后生动物礁经历了多次繁盛与衰退，与海洋古环境变化密切相关。
　　由于生物礁具有复杂多样的生物和沉积组成，以及不同学者对生物礁的认识差异，导致生物礁的分类混乱，例如基于主观分类依据、不同生物礁类型缺乏划分界线等。因此，客观清晰的生物礁分类方案是认识海洋生物礁系统演化的基础，对认识现代海洋珊瑚礁的发展趋势、地球宜居性演化等重大科学问题具有重要意义。
　　近期，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员要乐，与英国布鲁内尔大学Stephen Kershaw博士，以及中国科学院院士沈树忠、南京大学教授王向东合作，结合作者们长期生物礁与古环境的研究，对已发表的生物礁定义和分类方案进行了详细的梳理和总结，提出了新的生物礁分类方案，并探讨了显生宙生物礁系统演化过程与古环境变化的关系。相关研究成果发表于国际地学期刊《沉积学》（Sedimentology）上。
　　该研究基于生物礁的形态、组分、结构等特征，将生物礁划分为两个等级。第一等级（Hierarchical Level 1），基于生物礁形态，将生物礁划分为两种类型：丘状（Bioherm）生物礁具有明显正向隆起、横向分布受限制，和层状（Biostrome）生物礁具有微小正向隆起、横向分布广、与非礁相地层互层展布；第二等级（Hierarchical Level 2），基于生物礁的组分类型：宏体生物（Macroskeleton, S）、微生物（Microbia, Mi）、基质（Matrix, M）和胶结物（Cement, C），以及这些组分的结构关系提出“金字塔”式SMiMaC模型（Pyramid model），将生物礁划分为五种类型：宏体生物骨架礁（S-supported reef）、微生物骨架礁（Mi-supported reef）、基质骨架礁（M-supported reef）、胶结物骨架礁（C-supported reef）、以及混合组分骨架礁（Hybrid component-supported reef）。同时，研究还提出了两种非礁相沉积：碎屑生物层或滩（Debris biostromes/banks）和底栖生物群落（Level-bottom communities）。
　　基于上述“金字塔”式SMiMaC生物礁分类方案，该研究对显生宙海洋生物礁系统结构演化进行了重建，并对海水古温度、氧化还原状态、碳酸钙饱和度等古环境指标进行了总结。通过显生宙礁系统结构演化过程与古环境变化的对比研究发现，宏体生物和混合组分骨架礁常常发育在气候变冷时期，而微生物和基质骨架礁常常发育于气候急剧变暖时期。
　　该研究还对现代海洋珊瑚礁在当今全球气候变暖背景下的发展趋势进行了探讨。如当今大气CO2浓度持续升高至~480 ppm，海水表层温度升高2℃，海水碳酸钙饱和度降低至~3.3，海水氧溶解度降低至~125 uM，珊瑚礁系统将会面临崩溃，礁系统结构可能由珊瑚骨架结构向微生物或基质骨架结构转变。
　　该研究得到国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会和中科院战略性先导科技专项（B类）的联合资助。
　　论文相关信息：Yao, L., Kershaw, S., Shen, S.Z., Wang, X.D., 2023. A new reef classification model with insights into Phanerozoic evolution of reef ecosystems. Sedimentology, https://doi.org/10.1111/sed.13099.
　　图1 “金字塔”式生物礁分类方案与非礁相沉积类型
　　图2 宏体生物骨架礁（A: 珊瑚骨架礁；B: 层孔虫骨架礁）
　　图3 微生物骨架礁（A-B: 钙化微生物（calcimicrobe）骨架礁；C-E: 微生物泥晶（agglutinated microbial）骨架礁）
　　图4 显生宙海洋生物礁系统结构演化与古海水温度、碳酸钙饱和度和氧化还原状态关系，以及现代海洋珊瑚礁在当今变暖背景下可能的礁系统结构演化趋势

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2023-06
大陆风化作用增强诱发泥盆纪末生态危机
近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员郄文昆、助理研究员张俊鹏等与中国地质大学（武汉）、南京大学、美国辛辛那提大学以及英国伦敦大学学院等高校科研人员开展合作，对我国四川龙门山泥盆系-石炭系界线剖面开展系统的地层学、沉积学和地球化学综合研究。研究重建了这一时期大陆风化作用、古海洋溶解磷酸盐含量与碳循环的动态变化，并为“泥盆纪植物假说”提供关键的地质证据和模型结果支撑，相关成果于2023年6月发表在国际地学自然指数期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。
　　中、晚泥盆世，随着森林系统和种子植物的出现，复杂陆地生态系统得以建立，形成了地球生命演化史中继生命起源、寒武纪海洋生物大爆发之后的一次重要生物演化事件，并对地球表层系统产生重要影响。
　　陆地植物通过增强岩石与矿物的物理与化学风化，增加有机碳储库和促进水循环，逐渐改变大陆地形地貌、地表元素循环过程和海洋沉积物类型，最终引发一系列的气候与海洋环境变化，如气候变冷、海水富营养化和死亡地带增加等。但早期陆地植物演化是否曾导致大陆风化作用的显著增强，以及能否对地球表层实现快速而大幅度地改造，引发诸多争论。
　　泥盆纪-石炭纪之交是地质历史演化关键转折期之一，随着种子植物起源与多样化，大气二氧化碳分压（pCO2）急剧下降，全球气候变冷，海洋碳-氮循环异常，海水发生大范围缺氧，同时发生显生宙以来最大的生物灭绝事件之一，即泥盆纪末Hangenberg生物灭绝事件。
　　这次集群灭绝事件具有“瞬时性”和多幕式特点，持续时间为10-30万年，以短时间内极高的生物灭绝率为特征，最终导致海洋生物属一级的灭绝率达50%，层孔虫后生动物生物礁彻底消亡和盾皮鱼类灭绝。与此同时，这次事件还对应晚古生代最早的冰川记录和“温室地球”向“冰室地球”的关键转折，为研究地史时期极端气候环境条件下的陆地-海洋、生物-环境相互作用提供了重要研究实例。
　　关于该事件的诱因和机制，前人曾提出多种假说，如海洋缺氧、气候变冷、海平面快速升降、火山喷发以及多种环境因素综合作用等。部分学者则提出“泥盆纪植物假说”，即泥盆纪晚期陆地森林的大量出现和植物根系的发育，促进陆表风化作用和成土作用，改变地表径流及元素循环，大量营养元素的涌入导致海洋表层菌藻类繁盛、海水缺氧，最终导致海洋生态系统的崩溃。然而，这一复杂的海-陆-气相互作用目前还停留在假说阶段，究其原因，该假说缺失大陆硅酸盐风化增强、营养盐供应增大这关键一环的实质证据。
　　近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员郄文昆、助理研究员张俊鹏等与中国地质大学（武汉）、南京大学、美国辛辛那提大学以及英国伦敦大学学院等高校科研人员开展合作，对我国四川龙门山泥盆系-石炭系界线剖面开展系统的地层学、沉积学和地球化学综合研究。研究重建了这一时期大陆风化作用、古海洋溶解磷酸盐含量与碳循环的动态变化，并为“泥盆纪植物假说”提供关键的地质证据和模型结果支撑，相关成果于2023年6月发表在国际地学自然指数期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。
　　四川龙门山剖面保存了全球为数不多的、完整且连续的浅海相泥盆系-石炭系界线碳酸盐岩序列。研究人员应用Pearson相关性分析，依次排除岩性变化、陆源粘土矿物输入与成岩作用的影响，证实碳酸盐岩锂同位素δ7Li在事件层位呈现~8‰的负向漂移，碳酸盐结合态磷酸盐（Carbonate-Associated Phosphate，简称CAP）、δ13Ccarb和δ13Corg记录亦同步呈现出相应的变化特征，表明海洋锂循环发生异常、海洋溶解磷酸盐含量快速上升和陆源轻碳的大量输入（图1）。
　　海洋锂-碳循环耦合模型进一步表明：1）单一的热液和河流输入通量变化无法引起δ7Li这一显著变化，前者的通量发生明显变化的时间尺度通常在5-10个百万年，因此河流输入通量和河水同位素组成必须同时发生变化（图2）；2）δ7Li和碳酸盐结合态磷酸盐记录揭示泥盆纪-石炭纪之交大陆风化作用显著增强，且表现出两幕式变化特征，即事件发生前的10万年，河流锂通量初步增加，海洋磷酸盐含量逐步升高，而Lower Hangenberg事件期间，河流锂通量大幅度增加，海洋磷酸盐含量大幅度上升，锂循环模型显示方案III（δ7Liriv=6‰，τ=0.25×present, F=2×Friv+4×Friv）更符合现有的地质记录（图2）；3）δ13Ccarb在Hangenberg事件之前与Lower Hangenberg事件层位表现为负向偏移特征，在Upper Hangenberg事件层位则表现出约4.5‰的正向偏移，代表显生宙以来最大碳同位素偏移事件之一（图3）。碳循环模型显示随着河流陆源输入增强，碳同位素表现出负向偏移，其后随着营养元素水平提高，初级生产力提高和海洋有机碳的大量埋藏，δ13Ccarb最终在Upper Hangenberg事件层位表现出显著的正向偏移特征。
　　本研究表明，早在人类活动诞生之前的3.58亿年前，地球生命（植物）演化已经在十万年时间尺度上对地球表层系统产生了重大的、不可逆的影响（“移天换地”，改变大气圈组成，促进土壤圈成型，形成现代意义上的地球关键带）。作为显生宙以来海洋中最大生物集群灭绝事件之一的Hangenberg事件，不过是泥盆纪晚期种子植物向大陆内部快速“入侵”过程中产生的附带伤害，体现了陆地植物登陆后地球表层复杂的陆-海-气相互作用。
　　本项研究受国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、留学基金委以及欧洲研究理事会（ERC）项目资助。其中，锂同位素、无机碳同位素和主微量元素分析得到南京古生物所公共技术实验中心、英国伦敦城市学院（UCL）地学系LOGIC实验室的支持；碳酸盐岩CAP测试得到李超教授团队生物地球化学实验室的支持。
　　论文引文信息：Qie, W.K.*, Zhang, J.P.*, Luo, G., Algeo, T.J., Chen, B., Xiang, L., Liang, K., Liu, X.Y., Pogge von Strandmann, P.A.E., Chen, J.T., Wang, X.D., 2023. Enhanced Continental Weathering as a Trigger for the End‐Devonian Hangenberg Crisis. Geophysical Research Letters 50, e2022GL102640. https://doi.org/10.1029/2022gl102640.
　　图1 四川龙门山泥盆系-石炭系界线剖面δ13Ccarb和δ13Corg记录、CAP含量和δ7Li记录
　　图2 泥盆纪-石炭纪之交海洋碳-锂循环模拟结果
　　图3 中泥盆世-早石炭亚纪陆地种子植物丰富度、气候环境与地化指标综合对比图
　　

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2023-06
新疆塔里木志留纪兰多维列世陆生植物微体化石研究进展
近期，中国科学院南京地质古生物研究所陆生植物起源与早期演化研究团队研究员徐洪河、王怿，研究生王凯、刘炳材，对产自我国新疆柯坪地区志留系兰多维列统柯坪塔格组的陆生植物微体化石开展了综合研究，报导了我国新疆志留系隐孢子为主的微体植物组合，同时根据全球隐孢子化石产出记录大数据，探讨了志留纪时期全球生物地理分区以及塔里木板块的位置。相关成果发表在国际地球科学综合期刊《亚洲地质》（Journal of Asian Earth Sciences）上。
　　中奥陶世—志留纪早期是陆生植物关键性状起源与演化的重要时期。目前普遍接受的学术观点认为，陆生植物化石的最早证据可以追溯至中奥陶世大坪期—达瑞威尔期（ca.468-463Ma），以冈瓦纳大陆的二分体、四面体型四分体等隐孢子为代表；而在志留纪温洛克世申伍德期（ca.432Ma），出现了最早的陆生植物大化石，比如，常见于教科书中的库克逊蕨（Cooksonia）。中奥陶世—志留纪的地层也是国内外陆生植物起源研究所关注的重点层位。然而，囿于化石材料的稀缺，长期以来，相关研究工作进展颇为缓慢。
　　近期，中国科学院南京地质古生物研究所陆生植物起源与早期演化研究团队研究员徐洪河、王怿，研究生王凯、刘炳材，对产自我国新疆柯坪地区志留系兰多维列统柯坪塔格组的陆生植物微体化石开展了综合研究，报道了我国新疆志留系隐孢子为主的微体植物组合，同时根据全球隐孢子化石产出记录大数据，探讨了志留纪时期全球生物地理分区以及塔里木板块的位置。相关成果发表在国际地球科学综合期刊《亚洲地质》（Journal of Asian Earth Sciences）上。
　　研究发现，柯坪塔格组下部的陆生植物微体化石组合以隐孢子为主，另有少量的管状体和类表皮，未见明确的三缝孢。柯坪塔格组的隐孢子基本继承了同地区晚奥陶世凯迪期隐孢子的面貌，且以二分体Dyadospora和Pseudodyadospora为主；但在现代生物中，从未发现有以二分体孢子为繁殖细胞的植物。推断认为，这些隐孢二分体的母体植物曾是塔里木板块早期陆生非维管植物中的优势类群。
　　本研究还全面汇交并梳理了全球志留纪兰多维列世孢型化石产出记录，构建了数据集，采用聚类分析和非度量多维尺度分析等手段，识别出了对该时期陆生植物（孢子）潜在的分区现象，并探讨了塔里木板块的古地理位置。研究认为在志留纪早期，隐孢植物各类群尽管全球广布，但在劳伦大陆和冈瓦纳大陆上已出现可识别的分类差异。孢型化石的独立证据支持塔里木板块在此时期与冈瓦纳大陆西缘的密切联系。
　　研究得到了国家重点研发计划和中国科学院的支持。本研究是深时数字地球（Deep-time Digital Earth）国际大科学计划“古生物学工作组”的系列研究成果之一。
　　论文相关信息：Wang K, Liu B-C, Wang Y, Xu H-H*. A palynoflora of southern Xinjiang, China, and the proximity of the Tarim Plate to western Gondwana during the Llandovery (Silurian). Journal of Asian Earth Sciences. 2023, 105769. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2023.105769.
　　图1 新疆柯坪志留系兰多维列统柯坪塔格组隐孢子(图中比例尺为10 μm)
　　图2 ①志留纪兰多维列世(ca. 440 Ma)全球孢型化石(隐孢子、三缝孢)的古地理分布；②志留纪兰多维列世孢型化石属级聚类分析结果；③志留纪兰多维列世孢型化石属级非度量多维尺度分析结果；④志留纪兰多维列世孢型化石种级聚类分析结果；⑤志留纪兰多维列世孢型化石种级非度量多维尺度分析结果

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2023-06
塔里木晚奥陶世珊瑚研究新进展
近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士生崔雨浓在研究员王光旭的指导下，系统研究了采自于库鲁克塔格南区元宝山组的300余块珊瑚标本，发现这一珊瑚动物群全部是由日射珊瑚组成。相关研究成果发表在国际学术期刊《波兰古生物学报》（Acta Palaeontologica Polonica）上。
　　塔里木是我国境内的三大古板块之一。在奥陶纪，该板块的珊瑚化石记录很少，主要发育在其东北缘的库鲁克塔格晚奥陶世晚期地层中。由于库鲁克塔格地处偏远，交通不便，对这一珊瑚动物群的面貌及古生物地理属性缺乏系统认识。
　　近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士生崔雨浓在研究员王光旭的指导下，系统研究了采自于库鲁克塔格南区元宝山组的300余块珊瑚标本，发现这一珊瑚动物群全部是由日射珊瑚组成。相关研究成果发表在国际学术期刊《波兰古生物学报》（Acta Palaeontologica Polonica）上。
　　该珊瑚动物群具体包含似网膜珊瑚类、西伯利亚珊瑚类、前日射珊瑚类、前孔珊瑚类、假网膜珊瑚类和日射珊瑚类等，共计6属8种。研究还比较了它与其他主要板块同期珊瑚动物群的组成，认为塔里木在该时段与哈萨克斯坦和南天山的生物地理联系最密切，而与祁连、华北等块体的动物群联系较弱。
　　本研究得到现代地层学与古生物学国家重点实验室、国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项和中国科学院青年创新促进会的联合资助。
　　论文相关信息：Cui, Y.N., Wang, G. X. 2023. Early Katian, Late Ordovician, heliolitine corals from southern Kuruktag in northeastern Tarim Basin of China. Acta Palaeontologica Polonica. https://doi.org/10.4202/app.01023.2022.
　　塔里木晚奥陶世晚期珊瑚动物群代表分子

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2023-06
蒙古国西部发现新的寒武纪早期三叶虫组合
研究人员在此前野外采集的标本中识别出一个新的寒武纪早期三叶虫组合，并开展了详细的系统古生物学工作。这一组合多样性丰富，为了解湖区寒武纪早期生物面貌及生物古地理提供了新信息。
　　作为中亚造山带的重要组成部分，蒙古国具有复杂的大地构造史。蒙古国西部的湖区构造带（Lake Zone）与东部的数个小型地体不同，在寒武纪早期其沉积了一套以火山岩为主的岛弧相沉积。
　　由于湖区构造带位于蒙古国中部和中国西北部的一系列小构造单元之间，研究湖区的生物面貌对了解寒武纪古亚洲洋的演化及古地理分区具有重要意义。但湖区地处偏僻的无人区，除前苏联地质工作者上世纪进行了少量初步的寒武纪地层古生物基础调查外，此后这一地区未见有进一步的相关工作。2019年7-8月，在中国科学院南京地质古生物研究所研究员赵方臣和南京大学地球科学与工程学院副教授杨爱华的带领下，我国科研工作者在湖区构造带进行了大量的野外工作，采集了丰富的化石标本。
　　近日，南京古生物所博士研究生孙智新在杨爱华及赵方臣等指导下，与莫斯科大学教授Andrey Zhuravlev合作，在此前野外采集的标本中识别出一个新的寒武纪早期三叶虫组合，并开展了详细的系统古生物学工作。这一组合多样性丰富，为了解湖区寒武纪早期生物面貌及生物古地理提供了新信息。相关研究成果发表于国际学术期刊《古生物学杂志》（Journal of Paleontology）上。
　　新三叶虫组合发现于蒙古国西部城市科布多附近Seer剖面，标本集中产出于古杯礁之上的碎屑岩中，位于寒武系Burgasutay组的最顶部。该组合的时代相当于寒武纪第二世第四期的最晚期，是湖区构造带最年轻的寒武纪化石组合，同时也是蒙古最年轻的寒武纪化石组合之一。
　　研究人员在新组合中共识别出三叶虫9科13属，包括一新种：Catinouyia heyunensis sp. nov.，代表了蒙古国多样性最高的寒武纪三叶虫组合。以Kootenia为代表的叉尾虫类（dorypygids）是这一组合中多样性最高且丰度最大的类群。湖区组合的面貌与阿尔泰-萨彦（Altay-Sayan）构造带及西伯利亚的同期台地相三叶虫组合非常相似，并包含Chondragraulos、Proerbia等典型西伯利亚分子，显示了它们之间的生物地理亲缘关系。
　　值得注意的是，湖区组合中新发现的Catinouyia属于井上虫类（inouyiids），这类三叶虫过去仅发现于东冈瓦纳的华北、华南和印度北部，说明湖区在这时期也部分受到了东冈瓦纳的影响。因此，该研究也为恢复寒武纪时期古亚洲洋中亚各块体的古地理位置提供了古生物学依据。
　　本研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。
　　论文相关信息：Sun, Z., Yang, A., Zhao, F., Zhuravlev, A., Pan, B., Hu, C., Feng, Q., Chen, X., Zhu, M. (2023). New trilobite assemblage from the lower Cambrian (upper Stage 4) of the Lake Zone, western Mongolia. Journal of Paleontology, 1-14. https://doi.org/10.1017/jpa.2023.23.
　　图1. 新三叶虫组合产地的位置及地质背景。1-2 湖区构造带及Seer剖面的位置; 3 三叶虫产出层位野外照片; 4 蒙古寒武纪地层及三叶虫组合的对比, 湖区新组合用红色标注.
　　图2. 湖区新三叶虫组合中丰度最大的类型Kootenia spp.
　　图3. 湖区新三叶虫组合中的代表性属：1-3 Pagetides; 4 Eoptychoparia; 5 Amecephalus; 6 Chondragraulos; 7 Catinouyia.

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