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  • 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。寒武纪演化动物群由三大类群构成,包括三叶虫、软舌螺和腕足动物。它们的外骨骼分别由不同的矿物和结构组建。其中,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,它们是寒武纪早期出现的具有外骨骼的动物之一。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腕足动物最早代表的生物矿化过程和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和脊椎动物中分别起源的,仍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(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Acrotretida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。研究成果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
    2024-04-16
  • 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
    2024-04-03
  • 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。
    2024-03-25
  • 二叠纪末陆地生态系统野火事件研究新进展
    2.52亿年前的二叠纪末大灭绝造成了约81%的海洋物种和89%的陆地物种灭绝,其主要原因被认为是西伯利亚大火成岩省的火山作用和泛大陆周缘普遍存在的俯冲带火山弧作用导致的环境变化,但不同区域陆地生态系统对这次生物灭绝事件的响应仍然有待深入。近期,中国科学院南京地质古生物研究所硕士研究生角升林在研究员张华的指导下,通过对北方中纬度地区二叠纪–三叠纪之交燃烧来源多环芳烃(PAHs)和汞(Hg)在地层中含量变化的分析,证实了二叠纪末存在与强烈的火山作用相伴生的大规模高温野火燃烧事件,为了解该区域二叠纪–三叠纪转折期陆地生态系统的演变过程提供了重要证据。研究成果于近日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)。团队通过对新疆经典陆相大龙口剖面地层进行密集采样,开展了高精度的多环芳烃和汞含量分析。研究发现多环芳烃含量随着地层深度加深出现明显的连续变化,并在二叠系–三叠系过渡层段呈现出显著富集;其多环芳烃参数指示这些化合物主要来源于热解燃烧,表明二叠纪–三叠纪之交发生了频繁的高温野火燃烧事件和强烈的土壤风化侵蚀。结合炭屑记录和生物地层分布,团队发现陆相生态系统在该时期发生了阶段式的演替。危机前植物群主要以晚古生代类型的蕨类和种子蕨等裸子植物为主,植物群落繁盛稳定,但野火燃烧事件在增加;危机期阶段生态系统发生重大转折,植物群大幅减少,二叠纪典型的松柏类和种子蕨类植物群衰落,有机碳同位素、多环芳烃和汞含量的显著异常,表明存在强烈的火山活动和广泛的高温野火燃烧事件;危机后植物群中的二叠纪典型的松柏类和种子蕨类消失,过渡性分子和中生代草本石松类孢子多样性增加,植物量相对稀少,有机碳同位素和汞含量丰度再次显著异常,多环芳烃含量也出现巨大波动变化,表明早三叠世植物群仍处于严峻的高温干旱气候,野火事件依然存在。此项研究得到国家自然科学基金委重大项目和中国科学院先导专项的共同资助。论文相关信息: Jiao, S. L., Zhang, H.*, Cai, Y. F., Jin, C. F., Shen, S. Z., 2024. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) evidence for frequent combustion events on land during the Permian–Triassic transition in Northwest China. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112152.大龙口剖面样品和标准样品多环芳烃的色谱质谱图和化合物结构大龙口剖面的有机碳同位素、汞含量、二苯并呋喃含量、总多环芳烃含量、炭屑丰度和反射率以及孢粉的地层变化二叠纪末大灭绝期间陆地-海洋系统环境变化重建
    2024-03-21
  • 银缕梅属花粉形态新认识与化石记录的思考
    金缕梅科化石花粉的鉴定与归属仍然是孢粉学研究面临的一个挑战,这可能是由于缺乏详细的现生花粉形态类型与对应化石类型的比较。根据化石记录(如花粉、植物大化石),金缕梅科的银缕梅属(Parrotia)在地质历史时期的地理分布远远超出现生种群的分布范围。尽管已有一些关于银缕梅属花粉形态的研究报道,但仍然缺乏高分辨率的形态特征对比与分析,因此,银缕梅属化石花粉的归属仍然存在局限与不确定。近日,中国科学院南京地质古生物研究所毛礼米课题组与江苏省中国科学院植物研究所合作者通过对银缕梅属的两个姐妹种(银缕梅Parrotia subaequalis与波斯铁木P. persica,包括银缕梅花色变异的花粉样品),进行了花粉形态(光学显微镜LM与扫描电子显微镜观察SEM)的再研究。相关成果近期在国际知名专业学术刊物《古植物与孢粉学论评》(Review of Palaeobotany and Palynology)上发表。本研究详细对比了文献中报道的相近类群中的代表性种类花粉纹饰特征(如Tribs. Fothergilleae, Eustigmateae, Hamamelidea等)。通过对比发现,银缕梅属花粉表面网状纹饰的网脊上具有独特的显微(纳米)结构与排列方式、网眼密度(单位面积内的网眼数量)、萌发沟膜结构等性状可作为有用的鉴别参考对象,甚至可用作种间鉴别。通过研究花粉形态、纹饰与萌发沟的变异问题,团队还发现,银缕梅属内的种间与种内水平的花粉粒虽然以三沟类型与网状纹饰为主,但同时存在三孔沟、散沟等变异类型,萌发沟的沟膜上的纳米结构也存在多样性。这些新认识对银缕梅属化石花粉的归类提供了参考与思考。本研究还对中国东南漳浦地区中新世沉积物中保存的金缕梅科化石花粉类型(包括银缕梅属花粉类型)进行了归类与鉴定。另外,本研究对全球银缕梅属的化石记录也进行了梳理,并重点从孢粉植物群角度讨论了银缕梅属的植物地理背景、分布变化及可能的气候驱动。化石记录表明,银缕梅属在欧洲/欧亚大陆及日本的化石记录分布数量与中国东部地区存在较大差异,显然,后者在化石记录中仍然有空白。值得思考的是,日本有丰富的化石记录,与中国现生种是否有什么样的近缘关系?中国东部地区有银缕梅的现生种分布,而化石记录却很少,上新世-第四纪化石有发现的潜力?为什么在冰期时银缕梅属植物没有南迁生存(如陆均松在中新世大量分布,冰期后退缩于海南)?此次研究表明,对化石记录和地史期间的气候事件(如全球变冷或冰期)的研究将有助于提高和拓展对中国现存银缕梅种群分布萎缩可能驱动因素的理解。同时,银缕梅属的历史生物地理分布变化也暗示了在相似气候条件下适合重新开展种植的潜在区域,以拯救小而分散种群的生物多样性。特别是在人类影响和极端气候变化的威胁下,银缕梅属的古生物地理学研究对现代生态与生物多样性保护具有重要的借鉴意义。本项研究得到了国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金与现代古生物学和地层学国家重点实验室自主研究课题项目联合资助。论文相关信息:Limi Mao, Xiangjie Chen, Yinghao Wang, Yi-Shuo Liang, Yifeng Zhou (2024). Parrotia (Hamamelidaceae) pollen morphology and a glimpse into the fossil record and historical biogeography. Review of Palaeobotany and Palynology 324: 105038. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2023.105038.研究材料及采集地(银缕梅Parrotia subaequalis与波斯铁木P. persica)两种花色的银缕梅(Parrotia subaequalis) 花粉形态与纹饰特征;波斯铁木(P. persica)花粉形态与纹饰特征银缕梅属花粉鉴别特征与相近类群的形态对比银缕梅属的花粉形态变异银缕梅属在欧洲/欧亚大陆的化石记录分布
    2024-03-21
  • 南海南部巽他陆架表层沉积物中古生物群落特征及其意义
    南海南部巽他陆架是世界海洋低纬区最大的大陆架,冰期低海平面时曾出露成陆,发育过大型古河流和热带雨林,是研究海洋大陆地貌变迁及全球气候变化的极佳场所。深入了解这一区域古生物类群的时空分布特征可为本区域乃至全球尺度的生物多样性及气候环境演化研究提供重要基础资料。然而,因长期受到研究材料等的限制,我国尚未在这一区域开展过大规模多门类的古生物调查研究,相关认识极其不足。近期,中国科学院南京地质古生物研究所工程师徐敏及咨询中心团队人员,与广州海洋地质调查局合作,在巽他陆架近40000平方公里海域获取了100个表层沉积物样品,并针对沉积物中包括硅藻、有孔虫和孢粉在内的多类微体化石开展了深入细致的分析工作。研究有效弥补了区域微体古生物认识的空白,为进一步开展海洋地质和矿产能源调查奠定重要基础。本项研究最近在线发表于《地球科学学刊》(Journal of Earth Sciences)上。研究发现,被调查的大多数沉积物样品中均存在丰富的有孔虫和孢粉,但硅藻含量相对较少。从生物群落组成上来看,硅藻主要以Thalassiosira simonsenii、Thalassionema nitzschioides和Thalassiothrix longissima为优势类型,而有孔虫则主要以Globigerinoides sacculifer、Globorotalia menardii和Globigerinoides ruber为优势类型,表明该区域当时属于典型的热带海洋环境;而孢粉组合则较好地反映了研究区附近加里曼丹岛山地雨林、热带雨林和红树林为主的植被面貌。不仅如此,研究团队还对以上三类古生物类群的属种空间分布情况展开了分析。从研究结果来看,硅藻和孢粉组合的空间分布模式指示了沿岸流的影响;而有孔虫组合的空间分布差异则指示了水深及研究区东南部较温暖环境对于生物群落分布的影响。此外,研究结果还表明,南海南部巽他陆架北缘的古生物群落组成在较小的空间范围内存在较大差异,未来需在本区域开展更多门类的生物群落的综合调查研究,进而为认识早期区域气候和环境变化提供证据支撑。本项工作得到了国家自然科学基金、中国地质调查局海洋地质调查项目以及“深时数字地球”国际大科学计划(DDE)的支持。论文相关信息:Zhao, J., Zhang, L., Wang, X., Ge, J., Xu, M.*, Chen, W., Luo, M., Liang, Q., Yu, Q., Luo, S., Qie, W., 2024. Characteristics of Paleontological Communities in Surface Sediments of the Southern South China Sea and Their Paleoclimatic and Paleoenvironmental Significance. Journal of Earth Science 35, 144-154. https://doi.org/10.1007/s12583-023-1910-5南海南部巽他陆架海洋地质调查区域范围南海南部巽他陆架发现的主要硅藻类别 比例尺代表20微米南海南部巽他陆架发现的主要有孔虫类别 比例尺代表100微米南海南部巽他陆架发现的主要孢粉类别 比例尺代表20微米
    2024-03-12
  • 8200年前南京秦淮河流域森林转型及人类活动的新发现
    1万年以来随着地球最近一次冰期的结束,气候的转暖湿润和长江三角洲的逐步形成,使得长江下游地区古代先民的生存环境得到了很大改善。然而,依据现有的考古发掘证据,该地区史前新石器人类历史只有7000余年的记录,与周边钱塘江、长江中游及淮河流域距今10000—8000年的众多史前文化形成鲜明反差。此外,研究区沉积环境受到过开放性河流—海洋作用的频繁波动干扰,加之历史时期人类活动的强烈影响,其连续且年代框架良好的河湖相沉积序列获取充满挑战,导致区域性森林植被演替序列及其气候响应一直缺乏清晰的刻画。近日,中国科学院南京地质古生物研究所的博士生葛井莲在研究员舒军武、毛礼米的指导下,选择南京市区秦淮河下游紫金山山麓相对封闭的湖泊环境钻孔新材料开展花粉研究。研究结果揭示了长江下游地区8200年前地带性森林格局、气候转型及早期人类活动的重要信息,为破解这一关键时期的环境—人类之间的相互作用提供了新视角。相关成果近期在国际知名专业学术刊物《古植物与孢粉学论评》(Review of Palaeobotany and Palynology)上发表。研究团队抓住地铁城建机会,精选位于南京明故宫古燕雀湖MGG3沉钻孔,结合碳-14测年数据,重点对层位中花粉记录进行了深入解译。这份跨越距今10100至7230年的花粉档案,为研究人员如实再现了长江下游植被—环境—人类活动的互动演变图景。研究结果发现,早全新世(距今10100至8270 年)时期,紫金山等丘陵一带发育了地带性落叶栎(橡子树)林,与现今北方落叶林南部相似,但气候较今偏干凉。自距今8200年起(埋深16.9 m),森林中喜暖湿的标志性树种常绿栎属开始明显扩张,向常绿—落叶阔叶混交林转变,指示当时夏季风明显转强,标志着温暖湿润的中全新世气候适宜期的启动;且海相刺甲藻时有出现,表明受到了海潮波及影响。团队还发现,该时期森林植被受到干扰,草地植物类型集中出现,特别是与水稻相关的禾本科花粉类型(直径≥38微米)持续明显增加,暗示了人类经济活动初露迹象。科研人员结合同时期南京六合水稻植硅体证据(Zuo et al., 2016),将长江下游地区新石器人类活动向前推进了至少1200年(甚至更早),即至少在距今8200年前紫金山山麓就已有早期人类活动。研究推测,距今8200年起始的相对稳定的暖湿优越气候和丰富的丘陵森林资源,是吸引古代先民进驻秦淮河流域从事采集和稻作等生产活动的重要 “推手”。该研究也填补了长江下游早期新石器文化(距今10000 -8000年)的空白。相较于常规考古学浅表地层发掘,本研究不仅突显了花粉分析在追踪深埋地层(≥10 m)中早期人类活动信号的独特优势,更为考古学者在将来探索区域农业文明起源和演进的潜在线索及环境背景提供关键信息。同时,也为预测我国未来全球气候变化及中华文明探源工程等提供科学资料。本项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及江苏省区域文明探源项目联合资助。论文相关信息:Jinglian Ge, Junwu Shu *, Limi Mao, Xiaoyu Han, Yu Cheng, 2024. Revealing early Neolithic vegetation and environmental changes in the Lower Yangtze Valley, eastern China: Pollen insights, Review of Palaeobotany and Palynology, 323,105060. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2024.105060.南京秦淮河—长江流域水系、古地形及钻孔位置示意图(引用)南京明故宫古燕雀湖MGG3钻孔优势花粉类型百分比图
    2024-03-08
  • 模型解读奥陶纪末冰期与生物灭绝事件期间的碳循环波动
    晚奥陶世是显生宙生物与环境协同演化的关键转折期,其见证了显生宙以来第一次被广泛记录的冰期与全球规模的生物集群灭绝事件。作为地质事件层的重要化学地层标志,赫南特阶碳同位素正漂事件(HICE,+5‰ ~ 6‰),在全球不同板块的碳酸盐岩与黑色页岩地层均有记录。但是,由于赫南特期伴随复杂的地球系统变化,如火山活动加剧、冰期与间冰期快速转换、海洋缺氧现象频繁等原因,碳循环波动的成因与机制方面研究目前仍存在较大争论。近期,中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员张俊鹏和研究员张元动,联合中国科学院广州地球化学研究所、地质与地球物理研究所等单位的中美学者,通过碳循环系统模型,模拟并反演出赫南特阶碳同位素漂移事件(HICE)的无机碳同位素曲线和大气二氧化碳浓度变化,指出赫南特期海洋营养盐循环增强是海洋溶解无机碳同位素发生正漂的主要诱因。相关成果近日发表在地学自然指数(Nature Index)期刊《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)上。研究团队首先分析我国华南地区碳酸盐岩与黑色页岩剖面的碳同位素,通过全球不同板块的生物地层与化学地层记录建立了综合地层格架。同时,研究首次报道了上奥陶统-下志留统的碳酸盐结合态磷酸盐(CAP)的相对丰度,并结合黑色页岩的P/Al的统计学结果,揭示了赫南特冰期的海水磷酸盐水平变化。研究团队还使用表生碳循环系统模型(源于GEOCARB)对奥陶纪末火山排气速率、冰期风化作用变化、海洋有机碳埋藏等与碳循环源-汇通量相关的地质过程进行敏感度分析。依据火山灰富集层的统计学结果(近似“正态分布”)与沉积岩汞异常限定火山排气速率增强的时间与强度,锂同位素(δ7Li)与碎屑岩锇同位素(Osi)特征限定冰期风化作用变化幅度,以及海水磷酸盐水平变化通过碳-磷循环耦合通量模型预测的海洋有机碳埋藏效率变化,最终拟合出符合地质记录的碳同位素曲线。模型反演的大气二氧化碳浓度变化符合前人GCM与cGENIE等气候模型的模拟结果。模拟结果表明,赫南特阶碳同位素正漂事件主要成因为海洋营养盐循环增强引起的有机碳埋藏增加,而冰期风化作用减弱和持续增强的火山活动引起大气二氧化碳浓度的回升并导致冰期结束;冰期结束后的气候和海洋碳循环变化则取决于火山活动的持续强度和海洋营养盐的供应。另外,早期植物登陆在长周期上引起风化作用增强(f(V)为中-晚奥陶世早期植物影响的风化增强系数,假定每百万年增加0.01的速率),可能是奥陶纪末冰室气候的主要驱动机制,但这一效应在短周期的碳循环波动上影响较小。整个系统模拟过程和反演结果可将奥陶纪末重大的地质事件联系起来,同时能为奥陶纪末生物大灭绝提供重要启示。研究认为,从地质事件的成因机制和规模尺度来看,引起生物灭绝的主要诱因还是冰期引起的表层海水温度大幅降低和海平面下降导致的生态空间压缩,而在灭绝事件中期出现的大范围海洋缺氧现象会对已经适应冷水环境的生物造成进一步伤害。冰期结束后,大气-海洋碳循环缓慢恢复到稳态,成为影响海洋生态系统复苏的关键。本研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院战略先导专项和美国NASA Astrobiology Institute的经费支持。论文全文信息:Zhang, J.*, Li, C., Zhong, Y., Wu, X., Fang, X., Liu, M., Chen, D., Gill, B.C., Algeo, T.J., Lyons, T.W., Zhang, Y. and Tian, H., 2024. Linking carbon cycle perturbations to the Late Ordovician glaciation and mass extinction: A modeling approach. Earth and Planetary Science Letters, 631, p.118635. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118635.全球古地理位置(图A)和综合地层对比(图B)上奥陶统-下志留统碳酸盐岩与黑色页岩磷丰度模拟结果碳同位素曲线(A)和大气二氧化碳浓度变化(B)奥陶纪末-志留纪初生物地质事件综合图
    2024-03-08
  • 《塔里木盆地西北缘奥陶系研究》专辑出版
    近日,由中国科学院南京地质古生物研究所张雨晨博士和研究员唐鹏客座主编的专辑《塔里木盆地西北缘奥陶系研究》,在地学期刊《地层学杂志》2023年第4期正式出版。近日,由中国科学院南京地质古生物研究所张雨晨博士和研究员唐鹏客座主编的专辑《塔里木盆地西北缘奥陶系研究》,在地学期刊《地层学杂志》2023年第4期正式出版。    塔里木盆地是中国最大的沉积盆地,也是中国油气勘探的战略接替区域。但自20世纪90年代以来,塔里木盆地是否发育晚奥陶世赫南特期地层、奥陶系-志留系界线位置在哪里等基础地质问题一直存有争议。    为解决塔里木盆地相关地层划分对比问题,助力地区油气资源勘探开发,南京古生物所组织科研队伍开展了包括笔石、腕足类、三叶虫、珊瑚、层孔虫、牙形类、介形虫、几丁虫、遗迹化石、沉积学、地球化学等多门类、多学科的联合考察。首次在塔里木盆地发现了华夏正形贝动物群,并形成了一套解决志留纪哑地层时代的新技术方法;首次通过古生物学、地球化学和沉积学研究,将塔里木盆地西北缘的奥陶系-志留系界线置于西克尔层内,解决了争论20多年的塔里木盆地奥陶系-志留系界线问题。研究成果对整个塔里木盆地的地层对比、岩相生物相分布、古地理格局、构造演化史、原型盆地恢复、油气藏形成—破坏—保护过程具有积极意义。    期刊链接:    https://dcxz.cbpt.cnki.net/WKE2/WebPublication/index.aspx?mid=DCXZ  期刊封面
    2024-03-05
  • 化石材料揭示三叠纪—侏罗纪之交植物与昆虫的相互关系
    近期,中国科学院南京地质古生物研究所博士生许媛媛在研究员王永栋和瑞典自然历史博物馆教授Stephen McLoughlin联合指导下,根据课题组长期以来在四川盆地扎实的野外工作以及积累的大量植物化石材料,首次对东特提斯地区川东北三叠纪—侏罗纪之交植物与昆虫的相互关系开展了深入研究。相关成果发表在国际学术期刊《生态学与进化前沿》(Frontiers in Ecology and Evolution)。植物和陆生节肢动物(主要为昆虫)是陆地生态系统中最丰富和最具多样性的组成部分。探究地质历史时期植物与昆虫间的相互作用关系,对于深入了解陆地生态系统的复杂演变过程具有重要意义。我国华南的四川盆地东北缘的上三叠统—下三叠统地层连续发育,富含丰富的植物化石。一百多年以来,古植物学者对四川盆地中生代古植被组成和多样性特征等已经开展了深入的研究,但通过植物化石叶片上保存的昆虫伤害遗迹,来开展植物与昆虫相互作用的研究一直处于空白状态。近期,中国科学院南京地质古生物研究所博士生许媛媛在研究员王永栋和瑞典自然历史博物馆教授Stephen McLoughlin联合指导下,根据课题组长期以来在四川盆地扎实的野外工作以及积累的大量植物化石材料,首次对东特提斯地区川东北三叠纪—侏罗纪之交植物与昆虫的相互关系开展了深入研究。相关成果发表在国际学术期刊《生态学与进化前沿》(Frontiers in Ecology and Evolution)。研究人员对四川盆地东北宣汉地区上三叠统须家河组顶部和下侏罗统珍珠冲组最底部化石层开展了系统化石采集和深入研究。通过对1000余块植物叶片化石的细致观察和统计,共确认7种昆虫伤害类型,分别为:洞孔取食、边缘取食、表面取食、骨架化取食、刺吸或抽吸、虫瘿和产卵。其中,除了骨架化取食仅见于研究区内晚三叠世双扇蕨科植物叶化石表面外,其余六种功能性取食/产卵方式均跨越三叠—侏罗纪界线,同时存在于晚三叠世须家河植物群和早侏罗世珍珠冲植物群,并常见于真蕨类、苏铁类、银杏类和松柏类等植物类群。通过进一步的分析,研究发现尽管在三叠—侏罗纪界线前后植物群的组成特征发生了明显变化,但不同伤害类型出现的频次几乎没有变化,这可能反映了在重大地质事件转折期之后,面对植被群落组成的显著变化,节肢动物等植食者能够很快适应新的环境并找到可供替代的植物类群作为取食对象。除此之外,研究者还发现一些备受昆虫青睐的植物类群会在其叶片表面长出毛刺或在叶片边缘长出锯齿,并在叶片中轴发育有显著的瘤状突起或增厚。这些特征传统上大多被作为植物分类的形态学重要依据,但研究推测它们更可能是植物为了抵御昆虫伤害而演化出的自我保护机制。此次研究是我国华南地区开展的首次三叠纪与侏罗纪之交植物与昆虫相互作用的成果报道。后续将在东亚地区更多剖面和更大区域内开展植物叶片与昆虫伤害的深入研究,以便更好地了解陆地生态系统对地史时期重大地质事件和生态危机的响应机制。本研究得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目和青年基金项目、瑞典研究理事会和国家留学基金委留学基金联合资助。论文相关信息: Yuanyuan Xu, Yongdong Wang*, Liqin Li, Ning Lu, Yanbin Zhu, Zhuanli Huang, and Stephen McLoughlin*, 2023. Plant-insect interactions across the Triassic–Jurassic boundary in the Sichuan Basin, South China. Frontiers in Ecology and Evolution, 11: 1338865. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1338865.四川盆地晚三叠世和早侏罗世各类群植物的昆虫伤害类型多样性与所占比例晚三叠世须家河组部分植物叶片化石表面不同的昆虫伤害类型早侏罗世珍珠冲组部分植物叶片化石表面不同的昆虫伤害类型部分植物化石叶片边缘的锯齿状特征(A-B)和叶片中轴显著的瘤状突起/增厚(C)
    2024-02-04