科研进展
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《青藏高原及邻区古生物和地层》专辑出版青藏高原及邻区是特提斯造山带构造演化最复杂的区域，它记录了众多特提斯洋的产生、演化和消亡的全过程。因此，其成为了解地球动力演化以及国家资源勘探的重点区域。近几年，在第二次青藏高原综合科学考察等国家重大科技任务的支持下，青藏高原及邻区的野外考察中发现了大量重要的地层和古生物化石记录。它们对于阐明青藏高原地层的划分对比、古生物地理和构造古地理演化，以及深时古气候的变化等具有重要意义。中国科学院南京地质古生物研究所研究员张以春、研究员郄文昆、副研究员李鑫和南京大学副教授胡科毅等在国际地学SCI期刊《远古世界》（Palaeoworld）上组织的专辑《青藏高原及邻区古生物和地层》（Fossils and strata from the Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau and adjacent regions）于近期出版。该专辑共收录了古生物学、地层学、沉积学等相关领域的研究论文共19篇。专辑主要涵盖以下方面：（1）关键化石的发现限定了重要地层的时代。如聂拉木地区阿来组中发现腹足类Maclurites-“Hormotoma”组合，确定其时代是Darriwilian中晚期（Li W.J. et al., 20024）。泰国Ban Tha Kradan地区Tha Manao组中发现了牙形类Scolopodus striatus组合，表明该组的时代是Floian晚期至Darriwilian期（Chen, Z.Y. et al., 2024）。Guo et al. (2024)和Song et al（2024）分别研究了西藏申扎地区达尔东组中的牙形类和查果罗玛组中的介形类化石，这些化石提高了该地区地层的划分精度。（2）古生物地理学研究为特提斯古地理重建提供了重要证据。如北羌塘拉竹龙地区首次发现泥盆纪生物礁，海绵Gerronostromaria gromotuchense展现了和南方大陆各地块，如南羌塘等的差异性，表明当时的龙木错-双湖古特提斯洋已经存在了（Liang K. et al., 2024）；Xu et al.（2024）首次报道了南羌塘和拉萨地块早二叠世早期的腕足类化石，它们都属于特色冷水Bandoproductus-Spirelytha动物群，表明二叠纪早期，班公湖-怒江洋并未打开。Ju et al（2024）报道了尼玛县当惹雍错地区的中二叠世有孔虫化石，并基于定量古生物地理的分析，证明了中二叠世拉萨地块与腾冲地块有古地理亲缘性。（3）地层学和沉积学解释了古地理和古环境的变化。如南羌塘地块西部多玛地区首次发现了南羌塘地块从冈瓦纳裂解的沉积证据，确定中特提斯洋打开时间在290Ma左右（Zhang, Y.J. et al., 2024）。 Gao et al.（2024）详细研究了云南保山地块早二叠世沉积记录，揭示了从冰期-冰后期的连续沉积演化。这些地层和古生物的新成果都将为青藏高原重要的地层格架、古地理演变和古环境变化研究提供重要的参考。期刊链接：https://www.sciencedirect.com/journal/palaeoworld/vol/33/issue/3.期刊目录及封面212024-06 -
早白垩世花蕾研究取得新进展被子植物对人类的生存来说具有无法替代的重要意义，它们美丽的花朵也为我们的世界增添了很多令人愉悦光彩夺目的绚丽色彩。尽管人们已经发现过不少的早期被子植物（包括花朵）化石，但是人类对于地质历史时期的花蕾了解甚少。此前有过早白垩世花蕾的报道，但是人们对该化石的了解仅限于花蕾的表面形态，对其内部的结构却是一无所知，因此很有必要通过新的化石证据来检验或确认早白垩世花蕾存在的真实性。近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王鑫和广州蔚蓝奇迹博物馆的黄蔚佳共同研究了早白垩世第二枚花蕾化石，并在国际学术期刊《生物学》上发表题为《确认中国早白垩世花蕾》的论文，为探讨上述问题提供了新的证据。论文中报道了在我国辽西凌源大王杖子发现的1.25亿年前的一枚花蕾化石。这一化石展示了以前化石中没有看见过的内部细节，确认了义县组中花蕾的真实存在。新发现的化石被命名为白垩纪古蕾。古蕾属是以此前为发现于同一地点的另外一块花蕾化石（凌源古蕾）为基础新命名的化石属。该化石当时只保存了花蕾的表面形态，其内部的细节并未报道。此次发现的化石是在此前研究的基础上，新增加了包括雌蕊和可能的雄蕊等花蕾内部的信息。这个新发现虽是第二次在早白垩世的义县组地层中发现花蕾化石，但却是首先确认了花蕾在早白垩世的真实存在；也为花朵演化提供了重要的第一手资料。该古蕾化石的长度可达2厘米，因此这朵花在绽放的时候会更大。此前植物学界认为，早期被子植物的花朵是小于1厘米的，推测“我们常见的鲜艳、美丽的大花朵和没有花冠的花（例如古果）都是从这些小的花朵演化而来的”。但义县组众多被子植物化石的发现意味着，被子植物的历史不应当局限于早白垩世，而是有着尚未为人所知的、更加遥远和神秘的历史。论文相关信息：Huang W., Wang X. 2024. Flower buds confirmed in the Early Cretaceous of China. Biology, https://doi.org/10.3390/biology13060413.白垩纪古蕾，其中白色三角形所指为雌蕊，黑色三角形所指为可能的雄蕊。比例尺长度5 mm。132024-06 -
海绵动物早期演化研究取得重要进展海绵动物通常被认为是动物界中最原始的类群，分子钟研究推测其起源时间在距今约7亿年前，然而寒武纪之前的海绵化石普遍缺失并具有争议。近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员袁训来领导的早期生命研究国际合作团队，在湖北宜昌距今约5.5亿年前的石板滩生物群中发现了一种埃迪卡拉纪晚期的海绵动物，填补了海绵动物早期演化的重要环节。该成果于2024年6月5日在线发表于英国《自然》（Nature）杂志。海绵动物常被认为是最基础和最原始的后生动物，对地球早期海绵化石的寻找和研究能为我们探索动物起源和早期演化模式提供关键的证据。现代分子生物学研究和综合分子钟推测表明，海绵起源和分异时间应该在距今约7亿年前。然而确切的海绵化石记录直到距今约5.39亿年开始的寒武纪才大量出现，寒武纪之前的海绵化石记录十分稀少且大多存在争议。海绵化石记录存在长达1.6亿年的空缺，这一段扑朔迷离的历史被称为海绵早期演化中“消失的岁月”。对于前寒武纪海绵化石记录缺失的解释，主要有两种假说：第一，由于大多数现生海绵具有硅质或钙质骨针，因此研究者假设海绵的共同祖先具有矿化骨针，而寒武纪之前的埃迪卡拉纪（距今约6.35-5.39亿年）海绵化石的缺失可能是由于当时的环境不利于骨针的保存；第二，海绵动物的共同祖先不具有矿化骨针，在分化出主要类群后，各类群才独立演化出矿化骨针，因此前寒武纪的早期海绵动物没有骨针，保存潜力相对较小，也难以从化石记录中识别出来。近年来，袁训来团队对石板滩生物群进行了大规模的化石挖掘，新发现了一类大型的海绵动物化石，命名为“螺旋网格海绵（Helicolocellus）”。螺旋网格海绵的发现弥补了海绵动物早期演化的空缺，提供了早期海绵动物的关键化石证据。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所、英国剑桥大学、美国弗吉尼亚理工大学的科学家组成的国际合作团队共同完成。螺旋网格海绵化石的发现，是研究团队对石板滩生物群进行长期的艰苦挖掘和系统研究的又一重要成果。石板滩生物群产出层段的薄层灰岩中不仅保存有丰富多样的埃迪卡拉型化石，也保存了大量的动物遗迹化石和其他动物的实体化石。如，最早的动物足迹化石，发表在2018年的《科学进展》（Science Advances）杂志上；最早的具有运动能力的两侧对称动物—夷陵虫，发表在2019年的《自然》（Nature）杂志上。本次新发现的螺旋网格海绵，具有与六放海绵类似的形态特征：如辐射对称的锥形身体、底部的盘状固着结构、可能的中央腔和推测的出水孔。此外，螺旋网格海绵的表面由规则的方格组成，这些方格可以被细分为四个形态相同的次级方格，次级方格又可以进一步被细分。这种特殊的方格结构在一些典型的古生代六放海绵上也存在。它们形态和结构非常类似，不同之处在于螺旋网格海绵的网格是有机质组成，而在古生代海绵化石上则是由矿化骨针组成。本研究认为，螺旋网格海绵化石可能代表了一种不具有矿化骨针的早期海绵动物。为了进一步检验这一解释，研究团队构建了一个包含各种现生动物和化石动物的形态数据矩阵，并进行了严格的系统发育分析。结果显示，螺旋网格海绵化石属于冠群海绵，并且与六放海绵亲缘关系接近。螺旋网格海绵化石的发现，表明前寒武纪确实存在非生物矿化的海绵动物。这一发现提示研究人员不能完全以现生海绵作为蓝本去寻找前寒武纪海绵化石，因为早期海绵可能没有生物矿化骨针，并且可能不具备现生海绵的所有特征。该发现也表明，在六放海绵早期演化历程中，可能存在一个以有机物构建网状骨架的阶段，直到进入寒武纪以后才获得生物矿化能力，把矿物添加到已有的有机质骨架之上，形成复合的矿化骨针组成的骨架。前寒武纪-寒武纪界线前后的生物群落面貌曾被认为是天差地别。埃迪卡拉纪是形态奇异且亲缘关系未知的埃迪卡拉生物群（动物）主宰的时代；而到了寒武纪，各个现生动物门类接踵而出，人们熟悉的现代海洋生态系统才得以建立。螺旋网格海绵的发现，连接了埃迪卡拉生物群和寒武纪生物群，也表明埃迪卡拉生物群也许和现生动物之间有某种直接的演化关系。正如本论文在审稿过程中的一位专家评论道：螺旋网格海绵可能是理解动物演化的“罗塞塔石碑”（古埃及托勒密王朝著名石碑，解读出已经失传千余年的埃及象形文之意义与结构，而成为研究古埃及历史的重要里程碑）。论文第一作者为中国科学院南京地质古生物研究所特别研究助理、英国剑桥大学博士后王霄鹏博士；通讯作者为中国科学院南京地质古生物研究所万斌副研究员和袁训来研究员，以及美国弗吉尼亚理工大学肖书海教授。本研究由国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划和美国国家科学基金会联合资助。湖北省自然资源厅在项目执行过程中给与了大力协助。论文相关信息：Xiaopeng Wang, Alexander G. Liu, Zhe Chen, Chengxi Wu, Yarong Liu, Bin Wan*, Ke Pang, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan*, Shuhai Xiao*. 2024. A late Ediacaran crown-group sponge animal. Nature. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07520-y. 螺旋网格海绵化石照片（a）与激光扫描高程图（b）螺旋网格海绵复原图螺旋网格海绵和其他动物之间的演化关系052024-06 -
被子植物生态学研究取得进展被子植物对人类来说具有重要意义。人类的起源和发展都离不开被子植物提供的条件和资源。被子植物在当代的生态系统中扮演了重要的主导角色，并与昆虫和其它动物之间建立起了复杂的食物网。然而，迄今我们对于被子植的起源和发展历史知之甚少。一方面，国际上围绕被子植物的起源时间和地点争论不休；另一方面，被子植物什么时候开始融入地球生态系统中，并与其它动物建立起了复杂的生态系统都是没有可靠的化石证据来证明。近日，由中国科学院南京地质古生物研究所研究员王鑫和海南科技职业大学教授韩刚领导的科研小组共同开展研究，在我国内蒙古呼伦贝尔盟大杨树盆地晚白垩世嫩江组地层中发现一片8300-8600万年前的珍贵的似悬铃木叶片化石。研究成果发表在在《生物学与生命科学杂志》。此次发现的这一化石被命名为大杨树似悬铃木，纪念其位于内蒙古呼伦贝尔盟大杨树盆地的化石产地。其特点在于，该枚叶化石上发现了多达三种昆虫的咬食痕迹；首次表明昆虫与被子植物之间的生态关系在晚白垩世已经开始复杂化了。悬铃木科是核心双子叶植物的基部类群。在被子植物的发展早期，悬铃木科植物曾经在北半球一度非常发达。此前人们也报道过被子植物被昆虫啃食痕迹，但一般都是一片叶子上只有一种昆虫的啃食痕迹，尤其是在化石记录中。这反映出被子植物所处的生态系统相对单调。而此次发现的一片化石叶片上居然有三种昆虫啃食的痕迹，反映出被子植物所处的生态系统已经复杂化了，植物与动物的食物链也不再像以前那般单调。这是目前发现的最早的与被子植物相关的生态系统复杂化的证据。至此，科研人员推断与被子植物相关的生态系统在中生代的末期已经开始复杂了，这也为今后研究当今复杂生态系统的出现奠定了基础。论文相关信息：Han G.,Zhang H.,Zhang L.,Li L.,Wang X. The first sign of the complication of angiosperm-related ecosystem. Scientific Journal of Biology & Life Sciences,https://irispublishers.com/sjbls/pdf/SJBLS.MS.ID.000571.pdf. 大杨树似悬铃木212024-05 -
内蒙古霍林河盆地发现最早的油杉属木化石新记录现代油杉属（Keteleeria Carrière）隶属于松科，仅存3–5种，分布于中国秦岭以南山区及越南北部和老挝地区。现代油杉主要生长在海拔200–3000 m之间的暖温带至亚热带温暖湿润气候环境。和油杉相关的化石记录目前全球已有约45个，其中木化石29个，其余均为球果、针叶和种子等化石记录，且多分布于东亚、北美和西欧地区。中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋的科研团队，通过对内蒙古霍林河早白垩世木化石开展解剖学研究，发现了距今约1.26亿年油杉属化石的一个新物种，并被命名为霍林河油杉（Keteleeria huolinhensis sp. nov.）。这一发现代表油杉属最早的木化石记录，丰富了地史时期油杉属化石的多样性，为探究油杉属的系统分类、演化历史和地理分布提供了新证据。相关成果近期发表在国际学术刊物《白垩纪研究》（Cretaceous Research）。新发现的油杉化石产自内蒙古霍林河下白垩统霍林河组地层。化石保存完好，髓部、初生木质部和次生木质部均可见良好解剖构造。其主要解剖特征包括具有明显的生长轮、轴向树脂道，具冷杉型径壁纹孔、杉木型交叉场纹孔，具有节状加厚的射线薄壁组织水平壁和端壁以及较低的单列木射线；这些解剖构造与全球已报道的相关木化石和现代木材均不完全相同。研究通过生长轮的定量化分析，结果显示该植物为常绿乔木，叶片生长持续时间可达1–3年。木化石的聚类分析表明，其径壁纹孔显现出由混合型到冷杉型的演化趋势，表现出该化石与其他化石之间的差异性。化石记录及古地理分布分析表明，油杉属起源于中侏罗世的欧洲地区，演化至北美和东亚；之后北美欧洲分支灭绝，到白垩纪东亚分支继续向东南亚分化迁徙，至今油杉属仅局限分布中国东南部、老挝和越南北部地区。论文第一作者为南京古生物所博士研究生朱衍宾，王永栋和沈阳师范大学教授田宁为共同通讯作者，德国森肯伯格研究院、南京大学、成都理工大学等单位的科研人员参与研究。本研究得到了国家自然科学基金项目、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基础和自主项目和国家留学基金委联合资助。论文相关信息：Zhu Yanbin,Li Ya,Tian Ning*,Wang Yongdong*,Xie Aowei,Zhang Li,An Pengcheng,Wu Zhenyu,2024. A new species of Keteleeria (Pinaceae) from the Lower Cretaceous of Inner Mongolia,Northeast China,and its palaeogeographic and palaeoclimatic implications. Cretaceous Research,156, 105805. https://doi.org/10.1016/j.cretres.2023.105805.霍林河油杉的宏观形态（A，C）和髓部的微观结构（B，D）比例尺：A,C = 2 cm,B = 10 mm;D = 1 mm.霍林河油杉的解剖特征。A–D. 横切面,E–J. 径切面,K–L. 弦切面比例尺：A = 2000 μm, for B = 400 μm,for C,D = 200 μm,for K = 100 μm,for E–J,L = 50 μm.霍林河油杉与现生油杉和灭绝的类油杉木化石的系统关系全球油杉化石的现代地理位置分布102024-05 -
新疆塔城地区中—晚泥盆世植物群演化研究新进展新疆塔城地区中—晚泥盆世地层广泛发育，保存有丰富的植物化石，对理解古植物地理，植物传播、植物群演化及多样性具有重要意义。近二十年来，呼吉尔斯特植物群和朱鲁木特植物群在植物群面貌、孢粉学和年代学等方面的研究均取得了重要进展。其中，呼吉尔斯特植物群迄今已报道属种近20种，以草本石松为代表性类群；朱鲁木特植物群发育有构成最早森林的硅化植物化石。在新疆晚泥盆世晚期地层最近的综合研究中，发现有丰富的植物大化石，其展现的植物群面貌与呼吉尔斯特和朱鲁木特植物群存在差异，为了解新疆北部泥盆纪植物群演变提供了契机。近期，中国科学院南京地质古生物研究所早期陆生植物演化研究团队博士研究生刘炳材在研究员徐洪河、王怿指导下，联合中国地质大学（武汉）、曲阜师范大学研究人员，对新疆准噶尔盆地西北缘晚泥盆世植物群展开了古植物学、孢粉学综合研究。研究成果发表在国际古植物学领域专业期刊《古植物学与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）。此次研究的新疆西准噶尔盆地晚泥盆世植物群主要产自杨庄西和科克萨依剖面的洪古勒楞组地层中，其中大化石共计4种，以石松类为代表类群；微体化石共计31属、54种，以弓脊类三缝孢和光面类三缝孢占据优势。根据微体化石确定其时代为晚泥盆世法门期。研究发现该植物群还兼具地方和世界性分子，指示了在晚泥盆世准噶尔地区的植物群与华南、冈瓦纳等地存在植物迁徙与交流过程。结合呼吉尔斯特和朱鲁木特植物群特征，指示了在新疆中晚泥盆世期间发生了两次植物群转换事件。首次发生于吉维特期晚期，由草本石松占主导的呼吉尔斯特植物群转变为木本植物占主导的朱鲁木特植物群；第二次发生于弗拉期-法门期界线之后，转变为洪古勒楞组植物群。同时，研究团队对收集的大化石进行了稀疏化分析。结果表明，呼吉尔斯特植物群的研究已经逐渐接近饱和，而朱鲁木特和洪古勒楞植物群还具有未被报道的潜在物种。本研究得到了国家重点研发计划专项支持，也是深时数字地球（Deep-time Digital Earth, DDE）国际大科学计划的系列研究成果之一。论文相关信息：Liu B.C., Wang K., Zong R.W., Bai J., Wang Y., Yang N., Wang Y., Xu H.-H. 2024. A new Late Devonian plant assemblage in West Junggar, Xinjiang, China and its floral evolution during the Devonian. Review of Palaeobotany and Palynology. 325, 105112. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2024.105112.新疆晚泥盆世洪古勒楞组大植物化石及同层中微体化石西准噶尔盆地晚泥盆世大化石地质延限及植物群演变呼吉尔斯特、朱鲁木特和洪古勒楞植物群稀疏化曲线192024-04 -
《青藏高原及其周边综合地层、生物群与古地理演化》专辑出版近期，《中国科学：地球科学》杂志组织出版了《青藏高原及其周边综合地层、生物群与古地理演化》专辑。专辑围绕主题共收录15篇相关论文，中国科学院南京地质古生物研究所主持或参与发表其中8篇论文。青藏高原被誉为地球的“第三极”和“世界屋脊”，也是地球上构造演化复杂、资源潜力巨大的高原。它的形成见证了原特提斯、古特提斯、中特提斯和新特提斯多个特提斯洋的开启和闭合，是特提斯造山带复杂、板块运动最活跃的地区。从特提斯的演化到高原的隆升都体现了地球深部的活动与地表的全球重大气候变化和生物多样性变化的内在联系。重建青藏高原复杂的构造演化和隆升历史，首先必须了解其各个地块的地层框架及其化石群特征。从上世纪70年代第一次青藏高原综合科学考察以来，南京古生物所老一辈科学家在藏南、藏北羌塘、可可西里、喀喇昆仑等地开展了大量的考察，填补了众多地层的空白区，发掘了一批重要的化石材料，出版了系列成果，如《青藏高原科学考察丛书：西藏古生物》《西藏地层》《喀喇昆仑山-昆仑山地区古生物》《青海可可西里地区古生物》等专著。近年来，南京古生物所多位科研人员积极参加第二次青藏高原综合科学考察等项目，在藏北无人区等地取得大量重要化石和地层资料。本专辑主要基于近年来的青藏科考新发现，系统梳理和总结前成冰期至第四纪综合地层和生物群。其中，南京古生物所科研人员基于多年在青藏高原的研究积累，主导完成了《青藏高原及其周边成冰纪-埃迪卡拉纪综合地层、生物群与古地理演化》《青藏高原及其周边寒武纪综合地层、生物群与古地理演化》《青藏高原及其周边奥陶纪综合地层、生物群与古地理演化》《青藏高原及其周边志留纪综合地层、生物群与古地理演化》《青藏高原及其周边泥盆纪综合地层、生物群与古地理演化》《青藏高原及其周边侏罗纪综合地层、生物群与古地理演化》等论文，并重点参与完成了《前言：青藏高原及其周边综合地层、生物群与古地理演化》《青藏高原及其周边二叠纪综合地层、生物群以及古地理和古气候演化》。系列综合性地层研究系统梳理了青藏高原各地块及邻区不同时代地层的岩石地层，通过各地块各门类化石（包括成冰纪-埃迪卡拉纪管状化石、带状化石和疑源类；寒武纪小壳类、三叶虫；奥陶纪笔石、牙形刺、头足类、三叶虫和腕足类；志留纪笔石、牙形刺、几丁虫、头足类、三叶虫、珊瑚、腕足类、鱼类、陆生植物和疑源类；泥盆纪牙形刺、竹节石、菊石、笔石、孢粉、腕足类和珊瑚；二叠纪䗴类、牙形刺、腕足类；侏罗纪菊石、双壳、放射虫、腕足、有孔虫、孢粉、轮藻、沟鞭藻）的系统生物地层综述，建立了青藏高原各地块以及青藏高原与周边地层的生物地层和年代地层对比关系。研究还通过生物的古生物地理属性及变化，重建了特定时期的古生物地理和古地理演化。此次系统地层和古生物的综合研究对青藏高原各相关地质科学的研究，以及青藏高原油气资源勘探都具有重要的指导意义。专辑链接：https://www.sciengine.com/SSTe/issue.专辑封面专辑文章192024-04 -
构建磷质壳腕足动物柱状结构的生物矿化研究生物形成矿物材料的过程一直是地球科学与生命科学的前沿热点。近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员张志亮等，与西北大学、澳大利亚麦考瑞大学、瑞典乌普萨拉大学、瑞典自然历史博物馆的同行合作，对华南板块的陕南和鄂西地区寒武系第2统水井沱组的舌形贝腕足动物化石开展了壳体超微结构的初步探索与分析，为理解寒武纪早期腕足动物祖先类群的生物矿化过程和适应性演化提供了新的化石证据。研究成果于2024年4月10日发表于英国综合性学术期刊eLife。生物矿化是指由生物体调控分泌有机-无机复合骨骼或外壳的过程，其矿化的硬质结构对早期动物的生存和适应性演化起着至关重要的作用，这种将软体组织与无机矿物联系起来的生命过程，也深刻改变了地球化学循环和地质化石记录的性质。在寒武纪生命大爆发之初，生物多样性的矿化壳体伴随着创新型躯体构型的突发性产生，标志着地球生命对无机矿物结构的精确控制和创新利用；同时也开启了由“硬体骨骼装备”不断升级的动物军备竞赛所驱动的复杂海洋生态系统的形成。在寒武纪演化动物群中，腕足动物是最为成功、最为独特的一类生物矿化动物群体，它们不仅存活了五亿多年直至现今，而且能够分泌两种不同的矿物质——磷酸钙和碳酸钙。与许多具有碳酸钙质壳的现生腕足动物不同，舌形贝类腕足动物通过分泌磷灰石矿物来建造外壳。其独特的柱状壳体结构核心是由有机基质与磷灰石矿物结合而形成的微型圆柱体。然而，在腕足动物的祖先中，这些柱状结构的复杂性、多样性和分泌过程，以及它们在腕足动物早期演化过程中的作用尚不清楚。华南被认为是磷质壳腕足动物的早期扩散中心之一，因此为探索寒武纪大爆发期间由腕足动物最早代表的生物矿化过程和它们随后的适应性演化提供了绝佳的机会。虽然腕足动物壳体的矿化结构对了解其系统发育和早期演化至关重要，但学界对此的认识，长期以来存在不足之处。目前，大多数生物矿化研究主要集中在现生碳酸钙质壳腕足动物，对以磷灰石矿物组成的舌形贝类腕足动物的研究相对较少。特别是以磷酸盐为基础的生物矿化，是如何在亲缘关系上相距甚远的腕足动物（无脊椎动物）和脊椎动物中分别起源的，仍然是动物演化上的一大谜团。本研究详细描述了华南最早的始圆货贝科（Eoobolidae）两个新种：Latusobolus xiaoyangbaensis gen. et sp. nov.和Eoobolus acutulus sp. nov.，以及它们的壳体之中保存完好的柱状超微结构。研究表明，这类腕足动物的磷酸钙质壳体具分层级的构造特征，包括外角质层、初级板层和次级柱状层。壳层间有机质膜层和表皮细胞印模的发现，揭示了它们是具有高度生物控制和有机基质调节的。矿化壳体以纳米磷灰石球粒凝聚而成的微型圆柱体为主要夹层单元，在外表皮细胞分泌的有机质膜调控下，通过“三明治堆叠模式”构建而成。此外，在柱体壳层之间的空隙填充有机材料（类似于人类建筑中常用的柱体和钢筋混凝土结构），有效提高了外壳的韧性和强度。多层级的柱状壳层堆叠构造，展现了相对于棒状结构和板状结构更优异的机械性能，并在舌形贝类腕足动物的早期演化过程中发挥了重要作用。这种新型壳体结构的广泛适应以及锥状躯体构型的衍生，可能是寒武纪后期乳孔贝类（acrotretides）逐渐兴盛，以及它们在5000万年后的奥陶纪生物大辐射期间持续多样化的原因。此外，研究还揭示了舌形贝型亚门三个科，即始圆货贝科Eoobolidae、舌孔贝科Lingulellotretidae和乳孔贝科Acrotretidae之间，因不同柱状壳层的生长而形成的解剖学特征的持续变化、以及相应的生活模式的转变。上述发现为理解寒武纪大爆发过程中早期磷质壳腕足动物矿化结构的演化生长和适应性创新提供了新的启示。本研究得到了科技部国家重点研发计划、中国科学院率先行动计划、国家自然科学基金委和瑞典研究委员会的联合资助。论文相关信息：Zhiliang Zhang *, Zhifei Zhang, Lars E. Holmer, Timothy P. Topper, Bing Pan, Guoxiang Li. 2024. Evolution and diversity of biomineralized columnar architecture in early Cambrian phosphatic-shelled brachiopods. eLife 12:RP88855, 1–32. https://doi.org/10.7554/eLife.88855.寒武纪早期水井沱组磷质壳腕足动物多层级柱状结构柱状壳体结构和外套膜表皮细胞印模磷质壳腕足动物通过“三明治堆叠模式”形成的有机-磷灰石多层级柱状壳体结构过程162024-04 -
白垩纪琥珀揭示早期黾蝽的交配行为交配化石在研究动物的交配行为及其生活史特征演化等方面发挥着不可替代的作用。近日，中国科学院南京地质古生物研究所中生代陆地生态系统研究中心黄迪颖研究团队通过对约1亿年前缅甸琥珀中黾蝽的研究，首次发现了黾蝽集群保存的两性配对化石。相关研究成果于4月3日在线发表在英国《皇家学会会刊B辑》（Proceedings of the Royal Society B）。短暂的交配行为难以在昆虫化石中被记录，尤其是对于水生昆虫而言，这限制了研究人员对地质历史时期相关行为策略演化历史的全面理解。本次研究基于两性配对化石中黾蝽的形态功能学和行为生态学综合分析，揭示了白垩纪中期黾蝽的交配行为和潜在的性冲突。黾蝽是一类常见的水生半翅目昆虫，它们在水面上生活、取食和交配，占据了广泛的生态位，包括淡水、海岸，甚至远洋水域。它们以独特的形态适应性和多样的生物行为成为了进化生物学、生态学以及跨学科研究的焦点，还为水面仿生技术的发展提供了重要的理论基础。黾蝽常见的交配系统（I型）以显著的性冲突为特征，表现为两性间的交配斗争，伴有一系列雄性骚扰、强制侵犯和恐吓威胁等行为；而雌性则展现出一定的形态适应和行为策略以抵制代价高昂的交配尝试。中生代黾蝽化石记录缺乏，例如黾蝽科（Gerridae），仅在法国琥珀中有过报道。此次研究的琥珀标本中内含7个罕见缅甸黾蝽成虫（Burmogerris rarus gen. et sp. nov.）和若干若虫，包括三对两性配对的成体标本，其中两对为体型较小的雄性位于雌性背上，记录了白垩纪水生昆虫交配的情形。两对和一只单独的雄性被保存在同一树脂层中，很可能记录了同一个微事件。因而，研究推测这类黾蝽于缅甸琥珀生态系统中可能具有较高的种群密度且可能不具领地行为。研究人员运用激光共聚焦显微镜、荧光显微镜等设备对其进行了详细的形态学研究，发现罕见缅甸黾蝽的前足胫节表现出显著的性二型现象。即雄性的前足胫节略弯曲，内缘具15-17个不连续分布的梳状刚毛簇；雌性前足胫节直，且不具此类梳状结构。通过与现生宽肩水黾科（Veliidae）中雄性前足胫节的类似结构对比，研究认为雄性罕见缅甸黾蝽高度特化的前足胫节可作为抓握装置，代表了其在交配斗争中克服雌性抵抗的相关适应。琥珀化石中三对黾蝽的配对状态可能记录了两性交配前的斗争场景或交配后的接触守卫状态（为避免精子竞争而延长交配时间）。研究推测雄性罕见缅甸黾蝽可能采取主动寻找并骚扰雌性的策略。此次缅甸琥珀中的新发现对于理解黾蝽交配行为的演化具有重要意义。此外，基于对缅甸琥珀生态系统的认识和新化石体型、翅、足、爪等形态的综合分析，研究认为罕见缅甸黾蝽可能栖息于海滨附近水流较缓的、不稳定的小型水体边缘，例如潮汐形成的池塘。在一定程度上解释了为何聚集的配对水黾会被树脂所包裹。本研究项目由国家自然科学基金委员会，第二次青藏科考专项，洪堡基金会等相关项目联合资助。南京古生物所孙捷绘制复原图。论文相关信息：Fu Y, Cai C, Chen P, Xuan Q, Myint TA, Huang D. 2024 Group mating in Cretaceous water striders. Proc. R. Soc. B 291: 20232546. https://doi.org/10.1098/rspb.2023.2546.白垩纪缅甸琥珀中配对的罕见缅甸黾蝽罕见缅甸黾蝽的形态特征罕见缅甸黾蝽交配的生态复原图032024-04 -
1亿年前琥珀中首次发现海洋内寄生绦虫化石绦虫属于扁形动物门，已知约5000种，全部营寄生生活，能感染几乎所有的脊椎动物，包括人类。近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士生罗慈航在研究员王博指导下，与云南大学，以及德国、英国、缅甸等地的同行合作，在缅甸克钦琥珀（约1亿年前）中报道了一块奇特的绦虫化石。该化石不仅是锥吻目绦虫的首次报道，也是首个绦虫身体化石，同时也提供了目前最为可靠的扁形动物门身体化石记录，为了解绦虫早期演化提供了直接证据。研究成果于2024年3月22日发表在地质学期刊《地质学》（Geology）。绦虫广泛分布于几乎所有的陆地、淡水和海洋生态系统中；其体型变化很大，长度从小于1毫米到大于30米不等。绦虫虫体均由头节、颈部和链体组成。头节上有吸盘，通常还有钩，用于固着在宿主身上；其生活史复杂，大多有2~3个宿主。虫体无口及消化道，通过表皮吸收营养。锥吻目绦虫是海洋中物种数最多的绦虫类群之一，分布广泛且易于辨认。它们的主要特征是头节上有2或4个可动的足状的吸槽，并具有4个有螺旋排列小吻钩的可回缩锥吻。它们的蚴虫常寄生于包括海洋浮游动物、软骨鱼、硬骨鱼和无脊椎动物等多种海洋生物体内，而成虫主要寄生于板鳃总目软骨鱼类（主要是鲨鱼和鳐鱼）的胃肠道中。此前分子生物学推测锥吻目绦虫可能起源于三叠纪与侏罗纪之交（约2亿年前），但由于绦虫的寄生习性以及软躯体易于降解，化石记录极其罕见，迄今为止没有发现化石证据。因此，我们对绦虫的早期演化知之甚少。此次发现的绦虫化石的外部形态（锥吻及排列独特的吻钩）和内部结构（部分回缩的锥吻和无根的吻钩）特征与锥吻目绦虫完全符合。由于几乎所有现生锥吻目绦虫都内寄生于海生软骨鱼。因此，本研究还提供了海洋内寄生虫被琥珀包裹的稀少案例，为理解琥珀埋藏学和恢复古环境提供了新线索。本研究取得的主要进展和意义如下：1. 报道了绦虫的首个身体化石记录。根据分子生物学证据的推测，绦虫在古生代中期已经出现。从化石证据来看，在第四纪之前，唯一比较确定的绦虫化石来自于二叠纪的鲨鱼粪化石中的绦虫卵，表明此时绦虫已经能够寄生软骨鱼类。虽然在这些绦虫卵中，一枚虫卵内部可能保存了发育中的绦虫胚胎，但是由于保存情况不佳，因此并没有被广泛接受。本研究所报道的锥吻目绦虫是目前唯一确定的绦虫身体化石。2. 提供了目前最可靠的扁形动物门的身体化石记录。扁形动物门的身体化石非常稀少，只有少数几个极具争议的记录。可能的最古老的化石来自泥盆纪的鱼类身上发现的钩状结构，虽符合单殖吸虫的特征，但再无其它结构保存。在缅甸琥珀的一只蜥蜴体内也曾发现两个类似吸虫囊蚴的结构，但是缺乏明确的形态学证据。此外，在波罗的海琥珀中发现的单肠涡虫已经被证明是气泡。因此，本研究所报道的化石是目前最可靠的扁形动物门身体化石记录。3. 证明琥珀可以保存软躯体生物的内部结构。通过高精度的Micro-CT扫描，本研究发现该化石的前部保存了精美的内部结构，层层叠覆的锥状结构与锥吻目绦虫未完全伸出的锥吻形态一致，无根的吻钩也与许多锥吻目一致。之前对于琥珀生物内部结构的研究都集中在节肢动物，本研究证明除了节肢动物之外，琥珀也可以保存绦虫等软躯体动物精细的内部结构。4. 提供了稀有的海洋内寄生虫被琥珀包裹的案例。除了绦虫，该枚琥珀还包裹了大量的砂砾、植物产生的毛状体以及一只蚧壳虫，表明琥珀形成于陆地或者近岸环境中。而之前的研究已表明，克钦琥珀很可能形成于海岸边。因此，本研究对海洋内寄生性的绦虫如何出现在琥珀中提出了一种可能的假设：即绦虫的宿主（如鳐鱼）因风暴或者潮汐被困在沙滩上，并被陆地的掠食者取食。当掠食者正在吞食宿主内脏的时候，绦虫掉出并被附近的树脂包裹。本研究不仅彰显了琥珀研究在古寄生虫学中的重要性，也进一步证明缅甸克钦琥珀形成环境临近海边。本研究得到了国家自然科学基金委、第二次青藏科考专项以及“深时数字地球”国际大科学计划（DDE）的支持。论文相关信息：Luo Cihang, Palm H.W., Zhuang Yuhui, Jarzembowski E.A., Nyunt T.T., Wang Bo, 2024. Exceptional preservation of a marine tapeworm tentacle in Cretaceous amber. Geology. https://doi.org/10.1130/G52071.1.缅甸克钦琥珀中的绦虫化石（A, 光学显微镜图像；B, Micro-CT图像）及与现生锥吻目（C, 电子显微镜图像）的比较化石内部结构（A）与现生锥吻目（B）的比较；缩写：ivt—未完全伸出的锥吻研究假设场景复原图（杨定华绘制）。绦虫可能寄生在鳐鱼的肠道内，搁浅后被一只恐龙捕食，恐龙取食鳐鱼内脏时，绦虫被扯出来，掉在了附近的琥珀中。252024-03