科研进展
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地质生物多样性数据库取得进展近年来，南京古生物所地层古生物大数据中心副主任那琳和古生物学与油气地层学重点实验室副研究员李启剑，紧密围绕GBDB中化石产出和岩石记录相互嵌套的数据特点，与多国学者合作，探讨了化石多样性与岩石记录的耦合关系，相关研究成果已发表在国际期刊《地质杂志》（Geological Magazine）。地质生物多样性数据库（Geobiodiversity Database，简称GBDB）是中国科学院南京地质古生物研究所自主研发的古生物地层数据库。它以地质剖面为核心，基于互联网、数据库和GIS技术，汇聚了古生物学和地层学的多方面信息。近年来，南京古生物所地层古生物大数据中心副主任那琳和古生物学与油气地层学重点实验室副研究员李启剑，紧密围绕GBDB中化石产出和岩石记录相互嵌套的数据特点，与多国学者合作，探讨了化石多样性与岩石记录的耦合关系，相关研究成果已发表在国际期刊《地质杂志》（Geological Magazine）。虽然显生宙尺度上化石多样性与岩石记录的耦合关系广为人知，但基于不同数据集，不同学者提出了不同的解释，如共因假说、岩石记录偏差等。通过GBDB中21万条岩石单元和58万条化石产出记录的综合分析，揭示了不含化石的岩石单元数量与化石多样性存在相关性，暗示显生宙岩石记录偏差主要是由采样强度导致，与化石含量无关，不支持共因假说。本研究为GBDB数据库中大量化石产出记录的应用提供了典型案例。研究获得中国科学院数据库专项、青促会项目和国家自然科学基金联合资助。论文相关信息：Na, L., Li, Q. J.*, Krause, C., Zhu, M. H. & Kiessling, W., 2023. Revisiting the Phanerozoic rock-diversity relationship. Geological Magazine, online https://doi.org/10.1017/S0016756823000742.GBDB显生宙属级多样性与各个解释变量的二元关系图（D: 属级多样性; NC: 化石集合数; NF: 组数; NU: 岩石单元数; Nufu: 不含化石的岩石单元数; SA: 沉积岩面积; SV:沉积岩容量）112024-01 -
研究认为古球蛋状化石更可能是寒武纪早期的藻类近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生咸晓峰，在研究员张华侨和瑞典隆德大学教授Mats E. Eriksson的共同指导下，对古球蛋状化石进行了深入研究，建立了古球蛋状化石的新的分类方案。研究认为古球蛋状化石更可能是寒武纪早期的藻类，而不是动物胚胎或休眠卵。近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生咸晓峰，在研究员张华侨和瑞典隆德大学教授Mats E. Eriksson的共同指导下，对古球蛋状化石进行了深入研究，建立了古球蛋状化石的新的分类方案。研究认为古球蛋状化石更可能是寒武纪早期的藻类，而不是动物胚胎或休眠卵。相关成果已在线发表在国际地学领域专业期刊《古地理，古气候，古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。古球蛋（Archaeooides）是报道于寒武纪早期的一类球状化石。它的表面具有规则而紧密分布的瘤状装饰，标本最小直径在400微米左右，最大直径可在2毫米以上。传统的分类方案将所有古球蛋状化石（Archaeooides-like microfossils）归为一个形态种，即瘤面古球蛋（Archaeooides granulatus Qian, 1977）。但是，这个分类方案忽略了古球蛋状化石表面装饰和个体直径存在的巨大差异。长期以来，古球蛋被认为是分类位置未定的微体化石。此前有学者提出古球蛋可能是动物胚胎，也有学者认为它可能是某种无脊椎动物的休眠卵。古胚胎学（palaeoembryology）为早期动物的演化发育生物学研究提供了独特的窗口，但前提是化石的动物胚胎属性得到确认且亲缘关系得到限定。因此，古球蛋状化石的生物学属性和分类位置应该要有明确的定论。该研究涉及的古球蛋状化石标本约200枚，为磷酸盐化立体保存，来自于陕南西乡县张家沟剖面宽川铺组和川北南江县新立剖面新立段。关键化石产出层位位于寒武纪幸运期第一个小壳化石带内，绝对地质年龄约535百万年。研究发现，古球蛋状化石的表面装饰存在很大的不同。如果采用传统的分类，它们应全部归入瘤面古球蛋。此次研究依据化石标本表面装饰差异区分出四种不同的类型。除了已报道过的具有瘤状装饰的瘤面古球蛋外，还有三种新类型：具有刺状装饰的Shaanisphaera spinosa gen. et sp. nov.，具有锥状装饰的Qinlingisphaera conica gen. et sp. nov.，和具有扁圆状装饰的Dahisphaera plana gen. et sp. nov.。这说明传统的分类方案严重低估了古球蛋状化石的形态多样性，且不同类型的化石标本不应放在一起用来论证古球蛋的生物学属性和分类位置。研究表明这四个类型的标本都具有非常大的直径范围。以Archaeooides granulatus为例，其标本直径可以从最小593微米连续增大到最大2463微米，相差四倍左右。这与同一属种动物胚胎通常具有固定或较窄的直径范围相矛盾，也与已知的早古生代动物胚胎化石具有较窄的直径范围相矛盾。研究认为古球蛋状化石的壳壁受埋藏学改造较大。即使是同一个属种不同的标本，其壳壁厚度可能都不一样。壳壁中常见多孔结构，但是这种多孔结构也会分布在明显是成岩作用形成的结构中，实际上是埋藏学假象，而非生物结构，因此不能和现生无脊椎动物休眠卵的壳壁相对比。研究发现，古球蛋状化石与现生甲藻、绿藻等藻类中的一些属种具有极高的形态相似度。古球蛋状化石的四个类型具有的较大的直径分布范围更可能代表的是种内差异，有可能是个体发育现象，即不同大小的标本代表不同的发育阶段。这种生长模式在现生和化石藻类中也是常见的。研究认为，古球蛋状化石都是有机质的球状囊泡，具有相似的表面装饰，较长的生长序列（个体可以从数百微米长大到1-2毫米），未知的壳壁厚度，多为中空的表面装饰。因此，研究认为古球蛋更可能是寒武纪早期的藻类，而不是动物胚胎或休眠卵。本项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、瑞典研究理事会和国家留学基金委CSC的联合资助。论文相关信息：Xian, X., Eriksson, M.E., Zhang, H., 2023. Reassessment of Archaeooides based on new material from the Fortunian (early Cambrian) of China infers algal affinity. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2023.112011古球蛋状化石的四种不同类型. A, E, I–M: Archaeooides granulatus (Qian, 1977) emend. nov.; B, F: Shaanisphaera spinosa gen. et sp. nov.; C, G: Qinlingisphaera conica gen. et sp. nov.; D, H: Dahisphaera plana gen. et sp. nov.古球蛋状化石的四种不同类型的复原(A–D)及直径与壁厚散点图(E)古球蛋状化石的四种不同类型的大小分布图古球蛋状化石及其超薄切片(A–I)和Micro-CT三维重建(J–L).102024-01 -
1.25亿年前热河生物群“小龙虾”化石新认识中国科学院南京地质古生物研究所原特别研究助理丹尼斯（A. Denis）、研究员黄迪颖等，近日在国际古生物学期刊《地质多样性》（Geodiversitas）发表封面文章，重新诠释了有关热河生物群“小龙虾”的科学难题。中国科学院南京地质古生物研究所原特别研究助理丹尼斯（A. Denis）、研究员黄迪颖等，近日在国际古生物学期刊《地质多样性》（Geodiversitas）发表封面文章，重新诠释了有关热河生物群“小龙虾”的科学难题。小龙虾是我们餐桌上喜闻乐见的美食，淡水小龙虾具有十分重要的生态学和经济学意义。小龙虾学名叫做克氏原螯虾（Procambarus Clarkii），属于甲壳纲，软甲亚纲，十足目，鳌虾下目，喇蛄科。克氏原螯虾原产北美，在上世纪约三十年代从日本引入我国，后来成为入侵物种。而我国还存在本土小龙虾，称为东北黑鳌虾，属于拟喇蛄科。鳌虾类原为海生，淡水鳌虾最古老的化石证据来自北美二叠纪的遗迹化石，推测其可能在二叠纪开始适应淡水生活。1.25亿年前的热河生物群是了解中生代晚期陆地生态系统的重要窗口。这个特异埋藏生物群保存了丰富的鸟类、带羽毛的恐龙、翼龙化石，以及大量昆虫和植物化石等。在地质记录中“小龙虾”化石十分稀少，但在热河生物群却是一类非常常见的甲壳类节肢动物化石。关于热河生物群“小龙虾”的研究论文可以追溯到1928年，至今已有近百年的研究历史，但模式标本仍下落不明。通常来说，热河生物群中的“小龙虾”被冠以两个不同的名字Cricoidoscelosus aethus（奇异环足虾）和Palaeocambarus licenti（桑氏古蝲蛄）。本项研究根据南京古生物所历年来收藏的上百块采自辽宁、内蒙、河北等地下白垩统义县组的“小龙虾”化石，将以上热河生物群中的“小龙虾”化石以及早期两个同物异名一并归入Palaeocambarus licenti（桑氏古蝲蛄）。本项研究发现了桑氏古蝲蛄很多新的解剖学构造，如复眼、口上板、附肢细节等，将其归入拟蝲蛄科，和我国现生的“小龙虾”土著种东北黑鳌虾有较近的亲缘关系。研究人员推测桑氏古蝲蛄主要取食水中的植物或者昆虫幼虫或其他小型节肢动物，而它们自己却成为一些较大的水生爬行动物如满洲鳄、潜龙等的捕食对象。研究得到了国家自然科学基金委员会项目的资助。南京古生物所研究员沈炎彬也对本项研究提供了大力支持。论文相关信息：Audo, D., Kawai, T., Letenneur, C., & Huang, D.Y. 2023. Crayfishes from the Jehol biota. Geodiversitas 45(24), 689–719. https://doi.org/10.5252/geodiversitas2023v45a24.研究论文发表在法国期刊Geodiversitas上热河生物群中的Palaeocambarus licenti（桑氏古蝲蛄）化石，左为新模（Neotype）标本，来自Audo et al., 2023.Palaeocambarus licenti（桑氏古蝲蛄）的复原图，来自Audo et al., 2023.092024-01 -
华北地台10亿年前丘尔藻与塔乌藻研究取得新进展近年来，中国科学院南京地质古生物所早期生命研究团队和南京大学的科研人员，在华北地台淮南地区距今约10亿年前的刘老碑组中，发现了一处富集丘尔藻和塔乌藻宏体化石的泥岩层位，并对其开展了详细的研究。相关研究成果近日发表在国际地学SCI期刊《古地理，古气候，古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。圆盘状的丘尔藻（Chuaria）与香肠状的塔乌藻（Tawuia）是元古宙最常见的两类碳质压膜宏体化石，其化石记录从古元古代晚期一直延续到埃迪卡拉纪-寒武纪转折期，在全球多个陆块广泛分布。准确地解释这两类化石，对于我们理解元古宙真核生物的起源与早期演化具有重要意义。然而，由于它们的形态简单，缺少用于判断其亲缘属性的关键特征，一百多年以来古生物学家基于不同化石产地的材料，提出了多种关于丘尔藻和塔乌藻化石的生物属性及其相互之间的关系的假说。近年来，中国科学院南京地质古生物所早期生命研究团队和南京大学的科研人员，在华北地台淮南地区距今约10亿年前的刘老碑组中，发现了一处富集丘尔藻和塔乌藻宏体化石的泥岩层位，并对其开展了详细的研究。相关研究成果近日发表在国际地学SCI期刊《古地理，古气候，古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。该套泥岩为块状构造，层厚度约1-2厘米，内部不发育微细纹层，层位内的化石可以认为是同一次埋藏事件形成的。故该泥岩层保存了更接近真实情况的同时期的生物群落信息，对于研究10亿年前古海洋中的生物面貌具有重要意义。早期生命研究团队博士研究生牛长泰在研究员袁训来、庞科的指导下，对泥岩层内的丘尔藻和塔乌藻进行了系统性的研究。研究发现，根据形态测量统计、扫描电镜观察和拉曼化学空间分布，该泥岩层中的丘尔藻化石至少可以分为3类。其中，短轴（最小直径）≥1.2毫米的丘尔藻和塔乌藻具有相似的形态特征，包括更为常见的因压缩导致的同心状边缘褶皱、叠压后的双层膜壁结构、相似的有机质壁厚度以及形态大小的分布。同时它们的拉曼化学空间分布也有较大的重叠，意味着它们的碳质膜有着相似的有机质前体。诸多证据表明，刘老碑组该化石富集层短轴≥1.2毫米的丘尔藻和塔乌藻之间可能存在个体发育关系或亲缘关系。对于短轴＜1.2毫米的丘尔藻化石，则至少存在两种不同的类型。其中一类丘尔藻在背散射扫描电镜成像下显示出多细胞结构。在尺寸分布上，这些多细胞集合体的短轴长度分布范围明显小于与塔乌藻具有较近关系的丘尔藻的分布范围，扫描电镜下的观察发现其膜壳可能发生了融合而不具有双层膜壁结构，光学显微镜下的观察亦缺少同心状边缘褶皱，而拉曼化学空间分布也与短轴≥1.2毫米的丘尔藻和塔乌藻具有明显的差异，以上证据表明这类多细胞聚集体化石可以作为单独的一种形态类型。另一类短轴＜1.2毫米的丘尔藻化石，不具有多细胞结构，其短轴长度分布、有机质壁厚度和拉曼化学空间分布与短轴≥1.2毫米的丘尔藻和塔乌藻具有明显的差别。考虑到其短轴的分布范围与一些大型光球疑源类重叠，例如Leiosphaeridia jacutica（0.07 -0.8毫米）和L. wimanii（0.8-2.5毫米），同时在背散射扫描电镜成像下的压缩褶皱也与酸泡处理得到的大型光球疑源类相似，研究认为这一类短轴＜1.2毫米的丘尔藻可能与光球疑源类有着更近的关系。然而，鉴于光球疑源类本身也很可能是多源的，这些小型的丘尔藻可能也具有潜在的多源性。对短轴≥1.2毫米的丘尔藻和宽度≥1.2毫米的塔乌藻进一步研究发现，两者的短轴（或宽度）与长轴（或长度）比值（宽长比），以0.667作为明显的分界线。其中，丘尔藻的宽长比一般大于0.667，而塔乌藻的宽长比一般小于0.667。从丘尔藻端到塔乌藻端，宽长比的分布频率并不具有明显的中间形态，这意味着过去被认为介于两者之间的独立类群，可能是埋藏学作用或者移速生长导致的形态过渡类型。总之，研究认为，即使是在一个丘尔藻和塔乌藻共同保存的化石生物群中，丘尔藻的生物属性仍然可能是多源的。对于一些只有丘尔藻产出而无塔乌藻的化石生物群，可能也存在这种情况，将来需要进一步的工作去验证。但对于塔乌藻来说，丘尔藻总是与其共同产出，这暗示了两者之间潜在的个体发育关系，并且很可能只有一类体型较大的丘尔藻才与塔乌藻有关，而其他小型的丘尔藻则并不与塔乌藻有个体发育或亲缘属性上的关系。来自同一化石生物群的丘尔藻具有多源性，这一点进一步证明，在前寒武纪的海洋中，多种生物类型可能存在趋同演化的现象。虽然这些生物保存下来的化石形态简单且相似，但通过对于同一层位的化石进行生物统计学、扫描电镜观察和有机质成分谱学分析等，可以揭示隐藏在它们相似外形之下的差异性，这对于理解前寒武纪真核生物的总体面貌及其多样性具有重要意义。本研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、古生物学与油气地层应用重点实验室、中国科学院青年创新促进会、中国博士后科学基金以及“深时数字地球”国际大科学计划等联合资助。论文相关信息：Niu, C., Li, G., Tang, Q., Wang, X., Huang, R., Qu, H., Qiu, M., Wan, B., Chen, Z., Zhou, C. Pang, K.*, Yuan, X.* 2023. Chuaria and Tawuia fossils from ~1.0Ga rocks in North China: Implications for a polyphyletic origin of Chuaria and a potential biological link between these two widespread Proterozoic taxa. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 636: 111966. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2023.111966.化石产出层位与化石板面照片丘尔藻化石光学显微镜照片塔乌藻化石光学显微镜照片同一层位丘尔藻与塔乌藻化石统计测量数据082024-01 -
新方法揭示银杏植物叶片表皮特征与远古气候变化的信息近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋带领的研究团队，采用机器学习等创新方法，实现了在显微照片中对叶表皮细胞的自动识别，研究探索了银杏类植物表皮微观形态变化与气候参数之间的可能关系。相关研究成果近期在线发表在国际学术期刊《古生物学》（Palaeontology）上。近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋带领的研究团队，采用机器学习等创新方法，实现了在显微照片中对叶表皮细胞的自动识别，研究探索了银杏类植物表皮微观形态变化与气候参数之间的可能关系。相关研究成果近期在线发表在国际学术期刊《古生物学》（Palaeontology）上。植物叶表皮组织是植物与大气环境之间的重要界面。近二十年来的研究表明，多种植物的叶片气孔密度与大气二氧化碳浓度呈负相关关系。因此，化石植物叶片中的气孔密度、指数、比率等参数被广泛应用在重建古环境研究中，成为指示古大气二氧化碳浓度的重要参考指标之一（pCO2-proxy）。除气孔器外，植物叶片表皮细胞的生长、分裂、分化与植物自身调控、生存环境变化存在着密切关系，被认为具有指示植物生存环境的潜力。然而由于叶表皮细胞数量众多、形态各异，其响应气候变化的潜力尚未被充分研究。银杏类植物是中生代植物群中主要的类群之一，曾在全球植物群中广泛分布，但现今仅存一属一种Ginkgo biloba L.。银杏类植物的主要形态特征自中生代以来变化不大，被认为是重建古气候古环境的重要化石材料。本次研究收集了现生、化石银杏类植物叶片样品，在统一的测量标准下，提取了银杏类植物叶片的叶表皮气孔、细胞形态等参数，并使用最小外接矩形（Minimum Bounding Rectangle）描述了细胞长宽比形态（RL/W）等。结果表明，在中国境内16个地区采集的114片现生银杏（Ginkgo biloba L.）叶片中，不同气候区的叶表皮细胞形态RL/W值存在差异（N cells > 170 000）。同时RL/W值与主要气候参数如温度存在负相关关系，即在温暖气候区生长的银杏叶片的下表皮细胞的RL/W值更小，反之其RL/W值更大。研究团队还对柴达木盆地早、中侏罗世银杏类植物化石的叶片样品开展研究。结果表明，化石材料中的叶表皮细胞形态RL/W值与同层位的气候背景（温度）呈现类似的负相关关系，表明早、中侏罗世银杏类植物可能具备与现代银杏植物类似的对气候、特别是温度变化的响应，支持了银杏类植物在其演化中具有“迟滞性”的特点。银杏叶片生长易受到气候条件的影响，研究推测气候参数可能通过影响银杏叶表皮细胞的分裂速率、气孔的发育程度，使不同地区银杏叶下表皮细胞的RL/W值呈现差异。银杏植物响应不同气候的生理机制复杂，目前仍待进一步研究。本次工作仅以银杏叶片表皮组织中的表皮细胞形态参数RL/W值的变化为切入点，对其可能反映的气候参数信息进行讨论，旨在探索“孑遗植物”银杏的叶表皮特征对气候变化的响应及其在古气候重建中应用的可能。论文第一作者为南京大学地球科学与工程学院博士研究生张立，王永栋和爱尔兰圣三一大学助理教授Micha Ruchl为共同通讯作者，兰州大学以及南京古生物所师生参与研究工作。该研究得到国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家留学基金委等项目的联合资助。论文相关信息：Zhang, L., Y. Wang, M. Ruhl, Y. Xu, Y. Zhu, P. An, H. Chen, and D. Yan. 2023. Machine-learning-based morphological analyses of leaf epidermal cells in modern and fossil ginkgo and their implications for palaeoclimate studies. Palaeontology 66(6):e12684. https://doi.org/10.1111/pala.12684.基于U-net全卷积神经网络的叶表皮细胞分割步骤示意图现生银杏叶片与化石银杏类样品采集地示意图现生银杏叶片表皮细胞RL/W值数据分布图（以南京地区为例）现生银杏叶片表皮细胞RL/W值与气候参数线性回归分析早-中侏罗世银杏类化石叶表皮细胞RL/W 值与同层位孢粉组合指示的古气候背景052024-01 -
燕山地区首次发现真核生物的最早典型化石Tappania近期南京古生物所研究员朱茂炎课题组在燕山地区首次发现了这一典型的真核生物最早的化石代表。该发现进一步扩展了该化石的古地理分布范围，也为华北板块南、北缘的古-中元古代地层对比提供化石依据。相关成果于近期发表于国际地学期刊《前寒武纪研究》（Precambrian Research）上。真核生物是地球上最为复杂的生命类型，它的起源是地球生命演化史上一次重大演化事件。根据古生物学证据，真核生物起源的时间应不晚于距今16.5亿年（古元古代末期），最古老的化石记录包括我国华北板块北缘的燕山地区长城群下部地层和南缘的汝阳群地层中的具复杂形态的疑源类化石（亲缘关系未知的单细胞化石）。Tappania plana Yin, 1997是其中经典化石代表之一。虽然为单细胞生物，但其形态极为复杂，具有领状延伸和管状突起等特征。Tappania由中国科学院南京地质古生物研究所研究员尹磊明于1997年在华北板块南缘古元古代晚期汝阳群地层中发现并命名，后续在世界多个地方（如印度、澳洲、北美、西伯利亚）相当地层中报道。但奇怪的是，该化石从未在燕山地区发现，即使燕山地区的早期生命研究工作自上世纪六、七十年就已经开始。近期南京古生物所研究员朱茂炎课题组在燕山地区首次发现了这一典型的真核生物最早的化石代表。该发现进一步扩展了该化石的古地理分布范围，也为华北板块南、北缘的古-中元古代地层对比提供化石依据。相关成果于近期发表于国际地学期刊《前寒武纪研究》（Precambrian Research）上。燕山地区的Tappania主要发现于河北省宽城地区古元古代晚期（距今约16.4亿年）串岭沟组上部页岩地层中，沉积于潮下带环境。化石的形态、大小等特征均可与华北板块南缘汝阳群地层中的对比，具有圆形至拉长形的膜壳（直径26–155微米）、远端开口或封闭的领状延伸结构和中空的管状突起结构。其管状突起的长度、粗细、是否分叉、数量和分布位置在不同化石间有些许变化，有时即使在同一个标本上也有差异。这些形态上的差异变化支持了前人的解释，认为Tappania很可能已经具备了复杂的细胞骨架和内膜系统等亚细胞结构，据此可以推测当时的真核生物已经演化出了相应的复杂细胞结构。此外，Tappania应该是一类处于生长期（营养阶段）的生物体，而非繁殖囊胞或休眠囊胞，但目前它的具体亲缘关系仍是未知。与Tappania一同产出的还有多种多样的原核丝状体化石（10属，21种），包括深色微透光的具多种分枝状化石、无分枝管状丝状体和由单列细胞组成的丝状体化石。其中，丝状体组成了该微体化石组合的主体（~90%），整体反应了一个以原核生物为主导的微生物系统。虽然当时真核生物在形态上已经达到一定程度的多样化（和中元古代的相似），但从丰度上来看仍是边缘性生物。本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金联合资助。论文相关信息：Miao, L., Yin, Z., Li, G., Zhu, M., 2024. First report of Tappania and associated microfossils from the late Paleoproterozoic Chuanlinggou Formation of the Yanliao Basin, North China. Precambrian Research 400, 107268. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2023.107268.燕山地区串岭沟组中的Tappania plana和Tappania共生的多种分枝丝状体化石和Tappania共生的管状化石（比例尺在H中代表100微米，其余的为50微米）和Tappania共生的单列细胞组成的丝状体化石（比例尺在A-B和D中代表20微米，其余的为50微米）052024-01 -
欧龙布鲁克地体早奥陶世三叶虫与古地理新认识近期，中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员魏鑫与西安地质调查中心研究员周志强合作，对青海石灰沟剖面多泉山组中部（弗洛阶上部）的三叶虫动物群进行了详细的系统古生物学研究。研究共鉴定出三叶虫3属3种（包括新属Zhiyia），其中2种三叶虫（属）也见于华南板块，进而推测早奥陶世欧龙布鲁克地体与华南板块之间密切的古地理联系。相关研究已在线发表在国际古生物学研究期刊《波兰古生物学报》（Acta Palaeontologica Polonica）。祁连构造带位于我国三大主要板块（华北、华南和塔里木板块）之间，是中亚构造带的重要组成部分。欧龙布鲁克地区位于柴达木地体和南祁连山地区之间，是一个孤立的小地体。过去几十年，该地区的奥陶纪化石虽然已经被系统研究（如三叶虫、头足类、笔石类和几丁虫），但关于它的古地理位置是靠近华南板块还是靠近华北板块却依然未能确定。近期，中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员魏鑫与西安地质调查中心研究员周志强合作，对青海石灰沟剖面多泉山组中部（弗洛阶上部）的三叶虫动物群进行了详细的系统古生物学研究。研究共鉴定出三叶虫3属3种（包括新属Zhiyia），其中2种三叶虫（属）也见于华南板块，进而推测早奥陶世欧龙布鲁克地体与华南板块之间密切的古地理联系。相关研究已在线发表在国际古生物学研究期刊《波兰古生物学报》（Acta Palaeontologica Polonica）。本次研究报道的多泉山组中部三叶虫共3属3种，即双刺柴达木虫Tsaidamaspis diarmatus Chang and Fan, 1960，青海志毅虫Zhiyia tsinghaiensis (Chang and Fan, 1960)和列夕壳虫不定种Liexiaspis sp. indet.。其中，Zhiyia一属是基于欧龙布鲁克地体和华南板块下奥陶统弗洛阶的材料新建立的栉虫类新属。其特征主要包括：1）头盖和尾部的背沟模糊不显；2）平凹的前边缘和窄（纵向）的颈环；3）双瓣型的唇瓣发育浅凹的后边缘和一个小的三角形中突；4）近半圆形的尾部发育宽的尾轴和边缘。Zhiyia新属还曾报道于湖北宜昌大湾组下部[Zhiyia obscura (Zhou and Zhou, 2019)]和湖南列夕马刀堉组（Zhiyia sp. nov.）。值得一提的是，虽然Tsaidamaspis是欧龙布鲁克地体典型的地方分子，但Zhiyia和Liexiaspis却是华南板块“列夕生物群”中的重要组成部分，这也表明在早奥陶世弗洛期，上述两个地方已经有着密切的生物古地理联系。此次命名的新属Zhiyia的词源为“Zhiyi（志毅）”，是为了缅怀去年年底去世的著名地层古生物学家周志毅先生（1939-2022）。周志毅先生为我国以及国际三叶虫研究事业做出了巨大贡献，他既是笔者的专业老师，也是共同作者（周志强研究员）的挚友。自上世纪70年代以来，周先生共发表文章与专著150余篇（部），为早古生代三叶虫系统分类、生物古地理、古生态、宏演化以及塔里木油气勘探等诸多领域的研究做出了杰出贡献。该研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金项目以及现代古生物学和地层学国家重点实验室的联合资助。论文相关信息：Xin Wei, Zhiqiang Zhou. 2023. Floian, Early Ordovician, trilobites from the Olongbluk Terrane, northwest China. Acta Palaeontologica Polonica, 68. https://doi.org/10.4202/app.01102.2023.欧龙布鲁克地区石灰沟剖面多泉山组中部采样点及三叶虫占比早奥陶世弗洛期古地理图（部分）显示多泉山组三叶虫（属）的分布情况欧龙布鲁克地区石灰沟剖面多泉山组中部（弗洛阶上部）三叶虫新属Zhiyia及其复原图（图示Zhiyia tsinghaiensis (Chang and Fan, 1960)）292023-12 -
笔石化石智能识别研究取得进展近期，中国科学院南京地质古生物研究所地层古生物大数据中心研究员徐洪河，联合天津大学副教授牛志彬等，基于笔石化石多模态数据集以及全新的深度学习残差网络算法，在笔石化石智能识别领域取得系列进展。相关成果在《细胞》（Cell）出版集团旗下开放获取的综合性期刊iScience上发表，其算法与软件系统获得一项美国发明专利。笔石化石的研究对于认识生物宏演化、开展地层对比以及页岩气勘查均具有重要意义。笔石化石的地质时代延限短，对于判断地层的地质时代具有不可替代的作用。另外，笔石所赋存的页岩，也是清洁能源页岩气的重要产出层位。目前，古生物学者们已经通过详细的笔石化石和生物地层学、油气勘查等领域的综合研究，将不同的笔石物种与页岩气的赋存层位之间建立了关联，并将这种关联关系应用到了我国页岩气的勘探开发之中。然而，笔石化石往往个体较小，不同物种之间形态上差别微小，对笔石化石的鉴定一直是古生物学领域的重点和难点工作之一。如何准确、快速鉴定笔石化石对于地质学家甚至古生物学家都是一项挑战。近期，中国科学院南京地质古生物研究所地层古生物大数据中心研究员徐洪河，联合天津大学副教授牛志彬等，基于笔石化石多模态数据集以及全新的深度学习残差网络算法，在笔石化石智能识别领域取得系列进展。相关成果在《细胞》（Cell）出版集团旗下开放获取的综合性期刊iScience上发表，其算法与软件系统获得一项美国发明专利。团队花费两年多时间，创建了笔石化石标本综合数据集。该数据集涵盖了华南奥陶系-志留系地层中的113个笔石种或亚种的科学信息，并包含超过34000幅化石标本图像。科研人员通过对这些笔石化石标本图像开展精细化的标注，并利用残差网络训练人工智能深度学习模型，所获得的模型对于笔石属、种的自动识别准确率可达86%和81%。团队对模型所开展的基于古生物学系统分类信息而建立的层级约束训练算法，以及由此开发的软件系统获得了美国发明专利。目前该笔石软件与系统已经部署在了地层古生物大数据中心的化石本体数据库（fossil-ontology.com）。相关算法也应用在了部分其他常见的化石门类的识别软件中，并开发了适合于移动设备的应用程序。相关专利及论文信息：Xu H., Pan Y., Niu Z. 2023. Hierarchical constraint (HC)-based method and system for classifying fine-grained graptolite images. United States Patent, US11804 029 B2.Niu Z*, Jia S, Xu H*. 2024. Automated graptolite identification at high taxonomic resolution using residual network. iScience, 27. 108549. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108549.笔石化石智能识别软件获得美国专利笔石智能识别软件性能曲线及其与人类专家的对比结果笔石标本图像数据可视化与人工智能分类结果，软件所判别的热点区域与化石的重要特征具有一致性282023-12 -
CT三维重建揭示“最早苔藓虫化石”是寒武纪疑难化石“寒武钉”日前，国际地学知名期刊《地质学》（Geology）在线发表了中国科学院南京地质古生物研究所古生物学和油气地层应用重点实验室研究员殷宗军等人的最新研究成果，发现于我国和澳大利亚寒武纪地层中的“最早苔藓虫化石”，应是完整保存骨片系的疑难化石“寒武钉”，而不是苔藓动物或绒枝藻。日前，国际地学知名期刊《地质学》（Geology）在线发表了中国科学院南京地质古生物研究所古生物学和油气地层应用重点实验室研究员殷宗军等人的最新研究成果，发现于我国和澳大利亚寒武纪地层中的“最早苔藓虫化石”，应是完整保存骨片系的疑难化石“寒武钉”，而不是苔藓动物或绒枝藻。寒武纪初期几乎所有动物门类在极短时间内爆发式出现，开启了动物主导“地球—生命系统”的新纪元，这一里程碑式的生命演化事件被称为“寒武纪大爆发”。然而，现今近40个动物门中也有不少类群在寒武纪大爆发期间没有化石记录，主要是微小且缺乏骨骼的类群，因为它们保存为化石的可能性极低。苔藓虫作为多样性高且具有硬化骨骼的动物门类为何也缺席寒武纪大爆发？这一直是未解之谜。2021年，英国《自然》（Nature）杂志报道了“最古老的寒武纪苔藓虫化石”，证据来自陕南镇巴和南澳大利亚寒武纪早期的磷酸盐化微体化石Protomelission gatehousei。作者认为苔藓动物和众多其他动物门类一样，在寒武纪大爆发期间已经出现，这一发现曾引起国内外学界和媒体的广泛关注。然而这一观点很快受到了挑战。2023年，《自然》杂志报道了一类来自云南寒武纪早期小石坝生物群中呈压扁保存的宏体化石，作者认为它们与Protomelission gatehousei是同一类生物，并将它们解释为钙化的绒枝藻（一种绿藻），而不是苔藓动物。相关争论使得苔藓动物门的起源和早期演化历史变得扑朔迷离。那么小石坝生物群中发现的宏体化石和磷酸盐化的微体化石Protomelission究竟是不是同一类生物？Protomelission到底是苔藓动物骨骼还是钙化的绒枝藻？要回答这些问题，解决相关争议，则需要对Protomelission原始标本的CT数据进行三维重构分析。为此，殷宗军带领团队重新分析了《自然》杂志2021年报道的Protomelission化石标本的原始CT数据。通过对原始CT数据进行高精度三维图像重建和精准分割，结果表明Protomelission标本由多列形态相似的骨片拼合而成，单个骨片呈两端向外略微膨大而中间收缩的哑铃状。统计数据显示，骨片从底部到顶部逐渐增大，但保持稳定的长宽比，以保持稳定的形态，这些骨片的三维形态和尺寸与同时代常见的一种离散保存的“寒武钉”（Cambroclavus）骨片非常一致，只不过每一个骨片上的钉刺断掉了而已。骨片在纵向上呈叠瓦状排列，形成单列骨片系；而横向上多个单列骨片系以错开半个骨片的长度交错拼合，最终组合成完整的阵列式骨片系。骨片的这种铰链堆叠方式和前人报道过的一些较为零碎的寒武钉骨片系标本非常一致。更为重要的是，科研人员还在标本中央腔中新发现了一些钉状结构，三维图像数据显示这些钉状结构实际上就是寒武钉骨片带钉刺的部分。以上图像解析数据表明，Protomelission并非苔藓虫，而是保存更为完整的寒武钉骨片系标本。因此，Protomelission与寒武钉是同一类生物，该属名是Cambroclavus的晚出同物异名，应被弃用。同时，研究团队也系统对比了这些标本与宏体化石绒枝藻的三维解剖学特征，发现两者具有显著区别，亲缘关系相距甚远。作为寒武纪早期代表性疑难微体骨片化石之一，寒武钉多以离散骨片形式保存，迄今人们对此类化石的完整样貌和亲缘关系等信息知之甚少。依据新发现的较为完整的骨片系标本，科研人员重建了寒武钉的三维结构，并在此基础上对该生物的原始样貌进行了复原。结果显示，寒武钉是一类已经灭绝的有表皮的后生动物，它整体呈倒锥形的桶装，软组织和器官在中央腔内，全身覆盖带刺骨片起到防御的功能，以底栖固着的方式生活在浅海环境中。由于缺乏软躯体结构的信息，寒武钉究竟属于哪个动物门依然不得而知，但可以肯定的是，现代动物门类中尚无发育有类似寒武钉相同骨片系的类群。这种情况在寒武纪大爆发期间屡见不鲜，因为寒武纪大爆发期间出现了许多像寒武钉一样难以归到现存门类的动物，例如开腔骨、威瓦西虫、古虫等。这表明寒武纪大爆发期间动物躯体构型的分异度非常高。而这一客观存在的事实又使得“苔藓虫为何缺席寒武纪大爆发”之谜更为引人注目。该研究得到科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会优秀会员项目的共同资助。相关论文信息：Xiang, K., Yin, Z., Liu, W., Zhao, F., and Zhu, M., 2023, Early Cambrian Cambroclavus is a scleritomous eumetazoan unrelated to bryozoan or dasyclad algae: Geology. https://doi.org/10.1130/g51663.1.Yang, J., Lan, T., Zhang, X. G., and Smith, M. R., 2023, Protomelission is an early dasyclad alga and not a Cambrian bryozoan: Nature, v. 615, no. 7952, p. 468-471. https://doi.org/10.1038/s41586-023-05775-5.Zhang, Z., Zhang, Z., Ma, J., Taylor, P. D., Strotz, L. C., Jacquet, S. M., Skovsted, C. B., Chen, F., Han, J., and Brock, G. A., 2021, Fossil evidence unveils an early Cambrian origin for Bryozoa: Nature, v. 599, no. 7884, p. 251-255. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04033-w.标本SADME 10470的CT图像，黄色代表构成标本的骨片。（A-E）CT数据及重建；（F-G）纵截面；（H-J）C中箭头所指的单列骨片叠放在一起；（K-O）拆分开的单个骨片；（P-Q）横截面，红色为骨片重叠部分轮廓；（R）D的局部放大；（S）G的局部放大。标本ELI XYB 4 AN02的CT图像与SEM图像，黄色代表构成标本的骨片，绿色代表标本顶部腔内发现的寒武钉骨片。（A-F）CT数据及重建；（G-K）残破的寒武钉骨片；（L-M）横截面；（N-O）纵截面；（P）侧向SEM图像，引自Zhang et al., 2021。根据CT数据三维重建的寒武钉骨片系。（A-E）单个完整寒武钉骨片重建；（F-J）典型的离散保存的寒武钉骨片化石；（K-O）标本SADME 10470的三维重建；（P-T）标本ELI XYB 4 AN02的三维重建。寒武钉的复原图寒武钉生态场景复原图 （被选为Geology封面）272023-12 -
热河生物群一种独特的蚌壳蕨科植物新发现与再认识近期，根据热河生物群新发现的化石标本，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋领衔的一个中外研究小组，对夏家街蕨属开展了系统学的研究。基于形态学特征对夏家街蕨属进行分类特征的修订；并从系统发育学角度，讨论了该属种在蚌壳蕨科植物中可能的分类位置。该成果近期发表在国际学术刊物《白垩纪研究》(Cretaceous Research)。蚌壳蕨科真蕨植物是中生代植物群中的重要组成部分，并在侏罗纪中期与白垩纪早期经历了两次繁盛时期，演化出较为丰富的种类。大部分中生代蚌壳蕨科植物化石保留有独特的双瓣状或近似杯状的孢子囊群盖的特征。发现自辽西热河生物群的夏家街蕨属（Xiajiajienia）是蚌壳蕨科中较为独特的一属，由孙革等（2001）基于吉林辽源夏家街以及辽西黄半吉沟产出的化石首次研究描述，根据生殖羽片的特征将其划分至蚌壳蕨科中并建立一新属新种。由于化石材料较为缺乏，近年来，关于夏家街蕨化石鲜有报道，部分营养叶化石标本还被重新研究后归入苏铁目的热河似查米亚属（Rehezamites）。因此，其分类位置存在一定的争议。近期，根据热河生物群新发现的化石标本，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋领衔的一个中外研究小组，对夏家街蕨属开展了系统学的研究。基于形态学特征对夏家街蕨属进行分类特征的修订；并从系统发育学角度，讨论了该属种在蚌壳蕨科植物中可能的分类位置。该成果近期发表在国际学术刊物《白垩纪研究》(Cretaceous Research)。新发现的化石标本属于奇异夏家街蕨（Xiajiajienia mirabila），产自辽西北票黄半吉沟的义县组下部尖山沟层(~125.5 Ma)。虽只是一块印痕化石，但却保存了完好的生殖羽片与营养羽片形态，表明该属种属于“部分可育羽片”的类型，即二型叶羽片。营养小羽片呈镰形，边缘呈波浪状，几乎不分裂。生殖小羽片强烈退缩成柄状，孢子囊群着生于边缘、具有“蚌壳蕨式”双瓣状的孢子囊群盖。奇异夏家街蕨的独特之处在于，它拥有蚌壳蕨科植物较为特征的双瓣状孢子囊群盖，但营养羽片却呈镰形且不分裂，这一特征与蚌壳蕨科植物中常呈现出的楔羊齿型的羽片有着明显区别。根据新发现的生殖羽片形态特征，研究团队利用系统发育分析方法，结合现代蕨类植物的分子骨架约束，对奇异夏家街蕨的系统分类位置进行了讨论，并评估了其与蚌壳蕨科、碗蕨科、鳞始蕨科等具有相似孢子囊群形态特征的蕨类植物的关系。结果表明，夏家街蕨属与蚌壳蕨科关系更近，且相较于中生代常见的锥叶蕨属（Coniopteris），与蚌壳蕨属（Dicksonia）的一些化石种关系更近。研究团队还根据前人对热河生物群古气候古环境的研究结果，推测夏家街蕨的生长环境偏好为具有季节性变化的温和气候环境，与某些蚌壳蕨属现生种类似，对区域湿度有一定要求。本研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院先导专项课题、现代古生物学和地层学国家重点实验室开放课题基金、国际地球科学计划IGCP632，655，739项目、国家留学基金委CSC联合资助。论文相关信息：ZHANG, L., WANG, Y., RUHL, M., ZHU, Y. and LI, H. 2023. Re-investigations of the fossil fern Xiajiajienia mirabila (Dicksoniaceae) based on new material from the Lower Cretaceous of western Liaoning, China. Cretaceous Research, 149, 105543. https://doi.org/10.1016/j.cretres.2023.105543.奇异夏家街蕨三种类型的羽片，部分可育羽片（A-B），营养羽片（C），以及完全可育羽片（D），比例尺为1cm；图E、F、G分别为图A、B、C营养小羽片的局部放大，显示其镰形且不分裂的形态，比例尺分别为2mm，2mm，5mm奇异夏家街蕨生殖羽片及孢子囊群形态展示以及与蚌壳蕨属现生种（D.lanata）的形态对比。显示生殖小羽片强烈退缩成柄状，孢子囊群着生于边缘、具有“蚌壳蕨式”双瓣状的孢子囊群盖奇异夏家街蕨营养羽片（A），营养小羽片（B），可育羽片（D），部分可育羽片（E），生殖小羽片、孢子囊及孢子（C）形态展示线图基于分子骨架约束的夏家街属植物及其相关类群的多数原则一致树，显示奇异夏家街蕨与蚌壳蕨属的化石种关系更近262023-12