首页科研进展
  • 矿化植物研究揭示我国华北板块晚石炭世复杂陆地生态系统
    近期,中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生王柯寓,在副研究员万明礼的指导下,与助理研究员黄兴、研究员王军,以及美国密苏里科技大学的研究团队合作,对产自我国山西省阳泉市本溪组的矿化植物标本开展了深入的系统分类学和古生态学研究。相关研究成果发表于国际学术期刊《古植物学与孢粉学论评》(Review of Palaeobotany and Palynology)和《远古世界》(Palaeoworld)上。华北克拉通是中国大陆的主要构造单元之一,其在中元古代至古生代进入稳定发展阶段;中奥陶世至晚石炭世早期时,华北克拉通经历了整体抬升的构造运动,因此造成了上奥陶统至上石炭统下部的缺失,其间普遍形成平行不整合。由于在晚石炭世莫斯科期开始才接受沉积,因此该时期本溪组中产出的植物化石代表了华北克拉通上最古老的陆生维管植物。自上个世纪三十年代开始,国内、外专家学者对我国华北的晚石炭世植物群开展了一系列的研究。受限于化石保存状况不佳和研究程度不够深入,对我国晚石炭世植物的系统分类学研究在本世纪初陷入停滞。近期,中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生王柯寓,在副研究员万明礼的指导下,与助理研究员黄兴、研究员王军,以及美国密苏里科技大学的研究团队合作,对产自我国山西省阳泉市本溪组的矿化植物标本开展了深入的系统分类学和古生态学研究。相关研究成果发表于国际学术期刊《古植物学与孢粉学论评》(Review of Palaeobotany and Palynology)和《远古世界》(Palaeoworld)上。通过对60余株矿化木材进行解剖学研究,科研人员首次报道了我国晚石炭世时期乔木型科达类植物Damudoxylon meii Wang et Wan sp. nov.,和Agathoxylon leei (Sze) Wang et Wan comb. nov.,以及早期松柏类(广义)植物Parnaiboxylon wangi Wang et al. sp. nov.等。根据植物异速生长经验公式计算得知,晚石炭世时期的华夏植物区科达类植物生长高度可达30米,纠正了欧美古植物学者关于我国晚石炭世本溪组沉积时期没有高层植被的错误观点。结合沉积学等的证据表明,高大的乔木型科达类植物生活于河流滨岸环境下,并扮演了重要的冠层植被角色。此外,化石木材中还保存了数量可观、结构精美的化石真菌,以及大量的粪便化石。根据粪便化石的大小、形态、表面结构等特征的分析,推测这些粪便是由甲螨取食木材遗体过程中留下的。“哺育木”(nurse log)是指植物的茎干或树桩在死亡和腐烂之后,为其他植物的种子萌发以及幼苗生长提供营养和水分,是现代森林群落生态系统中重要的组成部分,可保障群落的稳定性和持续发展。尽管“哺育木”是现代森林系统重要的生态现象之一,由于缺乏化石证据,其起源与演化人们了解的并不多。本次研究的化石木材中发现了科达类植物的茎干中穿插了大量的裸子植物的“小根”,是迄今为止最古老的“哺育木”现象,表明在3.1亿多年前的华夏植物群中已经出现了当代森林生态系统中植物—植物相互作用的生态现象。结合前人研究成果与本研究的最新发现,在华夏植物群演化的早期阶段,植物多样性、特别是裸子植物的多样性远高于过去的认知,矿化植物的研究能够在很大程度上弥补印痕化石保存受沉积环境影响的不足。更重要的是,植物—节肢动物、植物—真菌,以及植物—植物等相互作用的生态现象在晚石炭世时期的华夏植物地理区已经十分普遍,表明当时的陆地生态系统结构已经十分复杂。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会以及现代古生物学和地层学国家重点实验室的资助。研究也得到阳泉市自然资源局的野外支持。论文相关信息:Wang K., Huang, X., Yang W., Wang J., Wan M.*, 2023. A new gymnospermous stem from the Moscovian (Carboniferous) of North China, and its palaeoecological significance for the Cathaysian Flora at the early evolutionary stage. Review of Palaeobotany and Palynology, 311, 104858. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2023.104858.Wang K., Huang, X., Yang W., Wang J., Wan M.*, 2023. First record of plant-plant facilitative interaction from the Moscovian (Pennsylvanian, upper Carboniferous) of North China. Palaeoworld. https://doi.org/10.1016/j.palwor.2023.08.002.Wang K., Yang W., Li D., Wang J., Wan M.*, 2022. Anatomically preserved cordaitalean trees from the Pennsylvanian of Yangquan City, Shanxi Province, and their implication for a perhumid climate in North China Block. Palaeoworld, 31, 294–310. https://doi.org/10.1016/j.palwor.2021.07.004.图1 剖面图及矿化木材野外分布图图2 Parnaiboxylon wangi Wang et al. sp. nov.解剖图及其中的真菌菌丝和甲螨粪便图3 Agathoxylon leei (Sze) Wang et Wan comb. nov.及生活在其上的裸子植物小根(哺育木)
    2023-11-07
  • 锂同位素研究表明全球气候变冷导致了3.7亿年前的生物灭绝事件
    团队系统重建了当时大陆风化作用转变的主要过程和控制因素,结果表明全球气候变冷是驱动当时大陆风化体系和海水锂元素同位素变化以及弗拉斯阶–法门阶生物灭绝事件主要原因。相关成果近期发表在地球科学知名期刊《全球和行星变化》(Global and Planetary Change)上。发生在泥盆纪晚期弗拉斯阶(Frasnian)–法门阶(Famennian)之交(约3.72亿年前)的F–F生物灭绝事件是地球历史上的五大生物灭绝事件之一,该事件导致了约80%的海洋无脊椎动物的灭绝,然而目前关于灭绝事件的发生原因仍存在较大争议。近日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员陈波、郄文昆,副研究员梁昆,与中国科学技术大学教授肖益林团队开展合作研究,对华南桂林地区两个典型的晚泥盆世海相碳酸盐剖面(杨堤和垌村剖面)开展了系统的锂-碳-锶(Li-C-Sr)同位素研究。团队系统重建了当时大陆风化作用转变的主要过程和控制因素,结果表明全球气候变冷是驱动当时大陆风化体系和海水锂元素同位素变化以及弗拉斯阶–法门阶生物灭绝事件主要原因。相关成果近期发表在地球科学知名期刊《全球和行星变化》(Global and Planetary Change)上。本研究发现垌村剖面牙形刺87Sr/86Sr比值在弗拉斯阶–法门阶界线层位附近并无明显变化,表明当时的海水并不存在明显的锶同位素组成的波动。杨堤和垌村剖面的锂同位素记录呈现一定的差异,但经过严格的成岩分析发现,杨堤剖面碳酸盐 7Li值在弗拉斯阶–法门阶界线附近出现约2‰的正漂移,记录了原始海水变化,进一步的地层学约束认为该漂移发生在约0.4个百万年以内。结合海水锂同位素相式模型与蒙特卡洛模拟,研究发现由于较低的河流水 7Li值和海洋沉积过程中较小锂同位素分馏( 7Lisw-ms),泥盆纪海水的 7Li值比现代低。但同时期海水87Sr/86Sr比值无明显变化,说明河流水的锶通量变化应小于10%,暗示大陆风化速率变化很小。对锂同位素变化的进一步模拟结果显示泥盆纪海水中锂的居留时间明显低于现代海洋,且河流水锂通量的降低和 7Li值的升高以及 7Lisw-ms的增加是导致海水 7Li值出现快速正漂移的主要原因。河流水的变化说明大陆风化类型更趋向于不一致风化,而这种转变会降低河流输入至海洋的硅含量,导致海水硅的浓度出现短时期的降低,最终使海洋沉积过程中有效锂同位素分馏( 7Lisw-ms)加大。因此,大陆风化作用由一致风化向不一致风化的转变是导致海水 7Li值正漂移的根本原因。需要指出的是,诸如冲积平原或者由于陆生植物大量繁殖的地表环境可以促使不一致风化的产生。但这些环境的形成都是一个缓慢长期的过程,与观测数据变化发生在相对短时间尺度(< 0.4个百万年)相矛盾。因此研究人员认为导致这种风化类型的转变最有可能原因是全球快速变冷,这一结论也得到了两个剖面弗拉斯阶–法门阶界线附近牙形刺氧同位素记录的支持。除了对地表锂循环的影响,全球变冷同样对海洋环境产生了重要影响,它减弱了海水分层,有利于底层海水的上涌,使表层海水的初级生产力提高,最终导致了大量有机碳的埋藏,形成全球范围内广泛出现的凯尔瓦塞(Kellwasser)页岩,并使碳酸盐的碳同位素呈现明显的正漂移。此外,全球快速变冷会对生物圈产生致命影响,那些对温度变化适应能力差的物种经历了大规模的灭绝,而这种选择性的物种灭绝也是弗拉斯阶–法门阶生物灭绝的主要特征。总的来说,该研究支持全球快速变冷导致大陆风化体系和表层环境发生重要转变,是泥盆纪晚期弗拉斯阶–法门阶生物灭绝的关键原因。该项工作受到国家自然科学基金以及中国科学院战略先导专项(B)项目的联合资助。论文相关信息:Yang-Yang Wang, Kun Liang, Yilin Xiao*, Bo Chen*, Erhao Shan, Tingyu Yang, Meng Zhang, He Sun, Hai-Ou Gu, Fengtai Tong, Lulu Fu, Dong-Yong Li, Yigan Lu, Wenkun Qie, Carbonate lithium isotope systematics indicate cooling triggered mass extinction during the Frasnian-Famennian transition, Global and Planetary Change, Volume 230, 2023, 104284, https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2023.104284.杨堤和垌村剖面锂-碳-氧-锶同位素组成及代表元素变化趋势,其中杨堤剖面的锂同位素、Li/Ca以及Sr/Ca比值,垌村剖面除牙形刺氧同位素数据外均为本次研究分析结果不同尺度的输入端元变化对海水锂-锶同位素组成的影响的模拟结果杨堤和垌村剖面同位素变化与生物多样性之间的关系泥盆纪F-F界线附近由于全球变冷导致的地表环境变化及海水碳-锂同位素响应
    2023-11-01
  • 云南曲靖地区发现寒武纪澄江动物群节肢动物新属种
    近期,中国科学院南京地质古生物研究所研究人员对曲靖马龙的澄江动物群非三叶虫类肢类节肢动物进行了系统研究。研究发现的节肢动物新属种均为曲靖地区的特有物种,展示了澄江动物群物种组成在空间分布上的差异,丰富了寒武纪非三叶虫类肢类节肢动物的多样性。类肢类(Artiopoda)是由三叶虫及三叶虫近亲组成的早期节肢动物类群。在寒武纪,伴随着三叶虫的繁盛,非三叶虫的类肢类也几乎同时出现。近期,中国科学院南京地质古生物研究所研究人员对曲靖马龙的澄江动物群非三叶虫类肢类节肢动物进行了系统研究。研究发现的节肢动物新属种均为曲靖地区的特有物种,展示了澄江动物群物种组成在空间分布上的差异,丰富了寒武纪非三叶虫类肢类节肢动物的多样性。相关研究被选为“编辑推荐”文章发表在经典古生物学期刊《波兰古生物学报》(Acta Palaeontologica Polonica)上。大部分的非三叶虫类肢类因缺少矿化的外骨骼,仅发现于以澄江动物群等为代表的古生代特异埋藏化石群中。类肢类包括三叶形虫类(Trilobitomorpha)和变尾类(Vicissicaudata)(图1)。三叶形虫类由三叶虫及与三叶虫亲缘关系较近的类群组成,如海怪虫类(Xandarellida)、融背虫类(Conciliterga)和游盾虫类(Nektaspidida)等。变尾类则由与三叶虫亲缘关系较远的光甲类(Aglaspidida)、龟背虫类(Cheloniellida)以及西德尼虫(Sidneyia)等相关类群组成。我国云南著名的澄江动物群中报道的第一块软躯体节肢动物化石标本,就是属于类肢类节肢动物的纳罗虫(Naraoia)。从1984年发现以来,澄江动物群陆续产出了大量的类肢类化石,是非三叶虫类肢类属种多样性最高的特异埋藏化石群。此前,有关澄江动物群的相关研究主要集中在澄江、昆明等化石产区。曲靖地区的澄江动物群虽曾有纳罗虫的相关报道,但缺少非三叶虫类肢类节肢动物的系统研究。南京古生物所硕士研究生朱玉妍等人,在副研究员曾晗和研究员赵方臣的指导下,研究建立了类肢类两个新属、三个新种。新属新种尖尾诸葛虫(Zhugeia acuticaudata gen. et sp. nov.),其头甲向后覆盖部分胸节,表现出海怪虫类的典型特征。但该诸葛虫的体节数和尾刺长度上异于其他海怪虫类,属于一种新的海怪虫类。新属新种双刺铜濑虫(Tonglaiia bispinosa gen. et sp. nov.)具有一个椭圆形的头甲,一对颊刺位于头甲二分之一处,卵圆形的眼睛位于头甲前部;胸节侧边缘具小刺;尾甲具一对近平行的尾刺。这些特征使得铜濑虫不同于其他类肢类节肢动物,表明铜濑虫是类肢类节肢动物的一个新类型。此外,此次研究发现的新种马龙西德尼虫(Sidneyia malongensis sp. nov.),是布尔吉斯页岩代表性节肢动物西德尼虫属在澄江动物群中的首次发现;同时也是目前发现西德尼虫最早的化石记录。通过对已知西德尼虫的时代、古地理分布以及生活方式进行综合分析讨论,研究人员推测西德尼虫的全球广泛分布可能是由于浮游幼虫的扩散形成的。为解析以上新属种的演化位置,研究人员对样品进行形态编码,并采用简约法和贝叶斯法进行类肢类系统树的重建(图2)。结果表明诸葛虫与海怪虫类中的中华疑虫(Sinoburius)构成姐妹群;铜濑虫与融背虫和观音虫(Kwanyinaspis)亲缘关系较近,但不属于目前已知的三叶形虫类群;西德尼虫属内部的亲缘关系则有待进一步解析。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青促会联合资助。论文相关信息:Zhu, Y.Y., Zeng, H., Liu, Y., and Zhao, F.C. 2023. New artiopodan euarthropods from the Chengjiang fauna (Cambrian, Stage 3) at Malong, Yunnan, China. Acta Palaeontologica Polonica 68 (3): 427–440. https://doi.org/10.4202/app.01080.2023.图1. 类肢类节肢动物的系统分类(据Ortega-Hern ndez et al., 2013; Lerosey-Aubril et al., 2017)图2. 系统发育分析得出的类肢类系统树,分别为简约法(A)和贝叶斯推断(B)的结果,指示尖尾诸葛虫(Zhugeia acuticaudata)、双刺铜濑虫(Tonglaiia bispinosa)和马龙西德尼虫(Sidneyia malongensis)在不同模型和参数下的演化位置
    2023-10-27
  • 古无脊椎动物的运动重建取得新进展
    如何从动物化石中提取可靠的运动信息,一直是古生物学研究的难点。近期,中国科学院南京地质古生物研究所王博团队等选取白垩纪中期已灭绝的黑帝斯蚁作为研究对象,提出了一套用于重建古无脊椎动物运动的普适性研究方法,相关成果近期发表在《国家科学评论》(National Science Review)。如何从动物化石中提取可靠的运动信息,一直是古生物学研究的难点。近期,中国科学院南京地质古生物研究所王博团队等选取白垩纪中期已灭绝的黑帝斯蚁作为研究对象,提出了一套用于重建古无脊椎动物运动的普适性研究方法,相关成果近期发表在《国家科学评论》(National Science Review)。近年来,随着3D打印、计算机仿真等新技术的发展,古动物的定量运动重建技术取得显著进展。目前相关运动重建研究多集中于古脊椎动物,例如恐龙的步态和取食、翼龙的飞行、古鱼类的游泳等,而对古无脊椎动物的研究相对较少。主要原因在于无脊椎动物缺少内骨骼、外骨骼的立体形态难以精确恢复、相关软组织数据缺乏以及运动方式更为复杂等等。黑帝斯蚁出现于距今约1亿年前,是目前已知发现最早的蚂蚁之一,与现在所有的现生蚂蚁没有直接的亲缘关系。黑帝斯蚁以其独特的头部结构被广泛研究,例如突出的角结构和镰刀状的上颚结构。此次王博团队联合中山大学吴嘉宁团队和包童团队,选取了一类更加特化的黑帝斯蚁——刀颚蚁作为研究对象。根据先前对于化石中刀颚蚁样本的解剖数据,推测刀颚蚁可能依靠上颚沿水平面的垂直方向运动配合角结构进行捕食,然而这一假说存在不确定性(仅有静态信息),需要通过获取动态信息进行定量验证。为了解决该问题,研究人员分五个步骤对刀颚蚁的上颚展开运动重建。首先选取两块不同上颚空间构型的刀颚蚁琥珀。其次,对化石进行三维建模,完整地复原了刀颚蚁上颚的立体形态结构和解剖结构,获得两个高质量的刀颚蚁上颚3D模型。第三,根据获得的3D模型,将隐藏在化石中的运动线索进行检测和数字化,通过比较两种空间姿态的刀颚蚁上颚三维模型,量化分析得到了上颚的三轴运动特性。第四,通过生物力学和机器(动力仿真)实验验证运动学合理性,得到三轴转动更适合于刀颚蚁提高捕食成功率的结论。最后,生态复原刀颚蚁的捕食情景。本次研究提出了一种古无脊椎动物运动重建的系统性分析方法。这种方法最终通过机器人演示提供了对古无脊椎动物的运动学复原,为深入理解古无脊椎动物的运动方式、生态习性等打开了定量验证的大门。本研究得到了国家自然科学基金委和中国科学院的项目支持。论文相关信息:Wang Zixin, Zhang Wei, Li Jiahao, Ji Wang, Yang Yunqiang, Bao Tong*, Wu Jianing*, Wang Bo*, 2023. Animating fossilized invertebrates by motion reconstruction. National Science Review, nwad268, https://doi.org/10.1093/nsr/nwad268.图1 两块不同空间形态的琥珀化石图2 不同空间形态的三维模型图3 量化分析得到了上颚的三轴运动特性图4 生物力学和机器(动力仿真)实验验证运动学合理性图5 生态重建刀颚蚁捕食情景
    2023-10-23
  • 全球海平面下降导致了华北板块埃迪卡拉系–寒武系不整合的形成
    近年来,中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生孙云鹏在研究员周传明的指导下,对华北板块南缘埃迪卡拉纪至寒武纪早期地层开展了系统的综合地层学以及碎屑锆石年代学研究,认为全球海平面下降导致了华北板块埃迪卡拉系–寒武系不整合的形成。在全球诸多板块,前寒武纪与显生宙的地层并不连续,而是被一个巨大的沉积间断—“大不整合”所分隔,但其成因长期存在争议。近年来,中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生孙云鹏在研究员周传明的指导下,对华北板块南缘埃迪卡拉纪至寒武纪早期地层开展了系统的综合地层学以及碎屑锆石年代学研究,认为全球海平面下降导致了华北板块埃迪卡拉系–寒武系不整合的形成。相关研究成果近期发表在国际知名地学期刊《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)上。“大不整合”是一次全球尺度的地层间断事件,它分隔了地球环境和生物圈面貌差异明显的前寒武纪和显生宙,因此其形成过程和影响长期以来成为相关领域的研究热点。地层学与锆石热年代学研究表明“大不整合”的形成经历了多个阶段,分别发生在成冰纪之前、成冰纪以及埃迪卡拉纪–寒武纪之间这三个不同时期。其中,最晚期的埃迪卡拉系–寒武系不整合的成因存在很大争议。过去研究认为,埃迪卡拉系–寒武系不整合的形成可能与罗迪尼亚超大陆的最终裂解、地幔柱活动及相关的裂谷事件、冈瓦纳大陆的形成,以及其他区域性的构造事件等有关。但是不同的区域性构造事件如何在全球范围内形成如此一致的剥蚀过程则一直未有明确的解释。“大不整合”在我国华北板块发育良好,近年来的研究证明,它是由古元古界或拉伸系到埃迪卡拉系之间和埃迪卡拉系到寒武系下部地层之间的两个不整合组成,且其发育模式与劳伦板块以及我国西北地区欧龙布鲁克微板块的“大不整合”具有极强的一致性。其中,埃迪卡拉系–寒武系不整合在华北板块的周缘地区广泛发育,为我们探究其成因提供了理想的研究对象。此次研究发现,华北板块埃迪卡拉纪–早寒武纪地层的碎屑锆石组成普遍以新元古代早期及更古老时期的锆石为主,缺乏同沉积时期的碎屑锆石记录。这种现象指示,华北板块在埃迪卡拉纪–寒武纪早期这一时期处于缺乏火山活动与造山运动的构造平静期。同时,科研人员综合前人研究数据发现在该时期许多未参与冈瓦纳超大陆拼合的板块,都存在这种缺失同沉积时期锆石的现象。因此进一步表明,这些地区埃迪卡拉系–寒武系不整合的形成并非由构造活动驱动,而更可能是由这一时期的全球海平面下降导致。研究推测该时期全球海平面的下降,可能与埃迪卡拉纪–寒武纪早期冈瓦纳超大陆汇聚所造成的全球洋中脊活动减弱有关。本研究得到国家重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委员会的联合资助。论文信息:Yunpeng Sun, Qing Ouyang, Xianguo Lang, Ke Pang, Chengxi Wu, Zhe Chen, Chuanming Zhou*. 2023. Global sea-level fall triggered Ediacaran–Cambrian unconformity in North China craton. Earth and Planetary Science Letters, 622: 118411. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118411.图1 华北板块南缘地质图与埃迪卡拉纪晚期–寒武纪早期地层图2 华北板块南缘埃迪卡拉纪晚期–寒武纪早期地层野外露头及化石照片图3 华北板块前寒武–寒武纪早期地层不整合对比及古地理图图4 埃迪卡拉系–寒武系不整合全球分布以及相关地层碎屑锆石U-Pb年龄分布图图5 华北板块埃迪卡拉纪晚期–寒武纪早期地层碎屑锆石U-Pb年龄分布图图6 大不整合发育模式、海平面变化以及华北板块碎屑锆石U-Pb年龄分布图
    2023-10-18
  • 早白垩世广阔的“大印度”:基于放射虫生物古地理的限定
    研究明确了早白垩世南半球中高纬度冷水动物群在西藏南部的分布和受控机制,并且从生物古地理方面为长期存在争议的“大印度”的大小问题提供了证据。研究成果发表于国际知名期刊《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)。东冈瓦纳大陆主要由印度、南极洲、澳大利亚和其他一些微大陆组成,在中侏罗世与非洲大陆分离。早白垩世1.32亿年前,随着澳大利亚西北处新的洋中脊扩张,印度大陆从南半球中高纬度地区向北漂移,在晚白垩世时期到达热带-亚热带区域(30 S–30 N),最终在新生代早期与欧亚大陆碰撞,这个过程直接影响了全球古地理、古洋流、古生态和古气候。科学家将印度大陆北缘消失的岩石圈称为“大印度”。利用构造变形定量恢复的“大印度”比基于板块回路重建的“大印度”要小很多,存在大于2000公里的缩短。“大印度”的大小不仅是了解该缩短的关键,而且对于理解大陆深俯冲、板内变形、印度板块加速减速驱动机制、印度-亚洲大陆碰撞等板块构造重大科学问题至关重要。虽然已有古地磁、板块回路重建、地震、地形和构造变形定量恢复等地球物理学方法,但对于大印度北缘的限定依然存在较大争议。近期,中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李鑫,与日本东北大学准教授铃木纪毅(Noritoshi Suzuki)、中国地质大学(北京)王成善院士团队孟俊教授、日本新泻大学松岗笃(Matsuoka Atsushi)和瑞士洛桑大学Peter O. Baumgartner合作,对于西藏南部、意大利北部和澳大利亚西北缘的早白垩世放射虫动物群进行了综合的对比研究。研究明确了早白垩世南半球中高纬度冷水动物群在西藏南部的分布和受控机制,并且从生物古地理方面为长期存在争议的“大印度”的大小问题提供了证据。研究成果发表于国际知名期刊《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)。科研人员在西藏南部特提斯喜马拉雅北亚带经典剖面—江孜地区床得剖面中,识别出有别于特提斯海域的南半球中高纬度放射虫动物群,明确了其时代为早白垩世。在此基础上,研究还采集了西藏仲巴和康马地区所代表的印度大陆北缘海域、意大利所代表的西特提斯暖水域和Argo深海盆地所代表的南半球中高纬度冷水域中的早白垩世(贝里阿斯期至阿普特期)放射虫化石。通过Hayashi数量化理论III数值分析法,研究人员发现:(1)Argo深海盆地和藏南部分地区出现的早白垩世南半球中高纬度放射虫化石是由于印度大陆从东冈瓦纳大陆裂解,南极地区的冷水向北涌入;(2)江孜地区在1.3亿年前后,放射虫动物群由特提斯暖水种为主转变为南半球中高纬度冷水种为主,指示在古地理上比Argo深海盆地大洋钻探765钻孔位置更靠北;(3)同时期康马地区与Argo深海盆地大洋钻探765钻孔的放射虫动物群高度相似,为南半球中高纬度冷水种为主,指示相似的古地理位置;(4)仲巴地区在早白垩世时期一直以特提斯暖水种为主,证实了在印度大陆经历逆时针旋转之前,早白垩世早期其北缘西部(仲巴)比东部(江孜)纬度更低。综合以上,研究人员推测早白垩初期“大印度”的最北缘可到达澳大利亚西北部近海埃克斯茅斯高原765钻孔更北部,南北宽大于2400公里。该研究得到国家自然科学基金基础科学中心项目、科技部第二次青藏科考、深时数字地球国际大科学计划、中国科学院战略先导专项和国际大洋钻探高知岩心库的联合资助。论文相关信息:Li, X. *, Suzuki, N., Meng, J. *, Matsuoka, A., Baumgartner, P.O., Wang, C.S., 2023. Constraints on the expanse of Greater India in the Early Cretaceous from radiolarians. Earth and Planetary Science Letters, 622, 118413. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118413.本研究放射虫化石采样点分布及藏南地质简图放射虫化石野外露头和岩心照片基于Hayashi数量化理论III数值分析法分析的早白垩世放射虫动物群和样品散点图,左侧为贝利阿斯期至欧特里夫期,右侧为巴雷姆期至阿普特期基于放射虫动物群的早白垩世古地理重建图
    2023-10-17
  • 5.35亿年前的微体化石揭示了已知最早的环神经动物的肌肉系统的演化
    科研人员通过对陕南约5.35亿年前磷酸盐化特异保存化石的研究,发现其中一种类似“五环”的结构可能是环神经动物的翻吻部位肌肉组织,为环神经动物肌肉系统演化的研究提供了重要信息。研究论文于2023年10月11日在《英国皇家学会学报B–生物科学》(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences)在线发表。环神经动物是节肢动物的近亲,现生类群包括铁线虫、蛔虫、鳃曳虫等。很多环神经动物有可外翻的吻部,因此又叫翻吻动物。科研人员通过对陕南约5.35亿年前磷酸盐化特异保存化石的研究,发现其中一种类似“五环”的结构可能是环神经动物的翻吻部位肌肉组织,为环神经动物肌肉系统演化的研究提供了重要信息。研究论文于2023年10月11日在《英国皇家学会学报B–生物科学》(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences)在线发表。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所、美国弗吉尼亚理工大学、瑞典隆德大学、自然资源部第一海洋研究所和德国的科学家组成的国际联合研究团队共同完成。两侧对称动物可分为蜕皮动物、冠轮动物和后口动物。蜕皮动物是其中物种多样性最高的一支,包括泛节肢动物和环神经动物。分子生物学研究表明,蜕皮动物可能在埃迪卡拉纪就已经出现了,但蜕皮动物实体化石首次出现在约5.35亿年前的寒武纪幸运期早期。虽然幸运期早期蜕皮动物实体化石已经有较高的丰度和多样性,但是它们仅保存了表皮相关的结构,而它们的内部软组织,如肌肉和神经组织,却未有过报道,限制了对该时期蜕皮动物内部软躯体的功能形态学和演化意义的认识。本次研究一共报道了3枚标本,均为毫米大小。其中1枚(NIGP179459)保存较好,呈现“五环”状结构,从顶到底由5个直径逐渐增大的环组成。第1环和第2环同圆心且共平面,它们之间有明显的空隙。第2到第5环紧密贴合,形成圆台状结构。第1环与第3环之间通过19条辐射状结构连接,第3环和第5环之间有36条纵向结构连接。躯体末端具有辐射对称结构的生物只有环神经动物,而其它两侧对称动物的末端的纵肌多为两侧对称排列。研究认为,本次研究的标本与环神经动物大类中的鳃曳动物翻吻内部的肌肉系统有较好的可比性。应用鳃曳动物作为对比模型,标本可对比于翻吻内部肌肉系统。第2到第5环对应4条体壁环肌,36条纵向结构对应36条辐射对称的体壁纵肌,环肌和纵肌共同构成翻吻体壁的肌肉纤维网。本次发现的类似鳃曳动物标本在生活的时候,翻吻内部的肌肉系统有可能控制翻吻的内翻,从而协助运动和摄食。较短的翻吻收缩肌表明翻吻可能只有有限的内翻能力,而现生的鳃曳动物具有较长的翻吻收缩肌,所以翻吻能完全内翻。本研究首次报道了已知最早的环神经动物的肌肉系统,并首次利用内部软躯体信息限定了该环神经动物的亲缘关系,揭示了早期动物肌肉系统的演化,彰显了肌肉系统的重要演化意义。研究表明,类似于鳃曳动物的翻吻肌肉系统在寒武纪底界处已知最早的环神经动物中即已出现。论文信息:Huaqiao Zhang*, Shuhai Xiao*, Mats E. Eriksson, Baichuan Duan, Andreas Maas, 2023. Musculature of an early Cambrian cycloneuralian animal. Proceedings of the Royal Society B (Biological Sciences), 290: 20231803, https://doi.org/10.1098/rspb.2023.1803.图1 标本NIGP179459扫描电镜照片(张华侨供图)图2 标本NIGP179459复原图(杨定华绘)图3 具吻刺动物肌肉系统示意图(杨定华绘)。a和b是标本NIGP179459代表的具吻刺动物翻吻假想图;c是鳃曳动物成虫;d是鳃曳动物幼虫;e是兜甲动物成虫;f是动吻动物成虫。图4 标本代表的环神经动物的亲缘关系(张华侨供图)。NIGP179459为具吻刺动物全群。
    2023-10-11
  • 1500万年前热带季雨林中绽放的银缕梅
    本次在漳浦琥珀中发现的银缕梅花朵内含物是全球首例银缕梅花朵化石记录,保存完好,为银缕梅曾生长在中中新世热带季雨林中提供了明确的化石证据,也为探讨银缕梅这一植物活化石的兴衰变迁历程提供了新的研究材料。银缕梅(Parrotiasubaequalis)是我国著名的被子植物活化石,隶属于金缕梅科银缕梅属。目前银缕梅属仅存两个现生种,都是落叶小乔木,间断分布于我国东部和伊朗北部。银缕梅是我国特有的国家 级濒危珍稀野生植物,也是我国首批认定的重点保护极小种群野生植物,零散分布于我国东部江苏宜兴、安徽大别山等地的亚热带常绿和落叶阔叶混交林中。银缕梅和伊朗的另一个种波斯铁木(Parrotiapersica)由于具有独特的无瓣花,早春盛开时,花药鲜红(图1),而秋叶斑斓多彩,具有极高的观赏价值,是著名的园林景观树种。近期,中国科学院南京地质古生物研究所的吴谐婷在研究员史恭乐和舒军武的指导下,对保存在约1500万年前中中新世福建漳浦琥珀中的花朵内含物展开详细的研究。相关成果近期发表在《系统学与进化杂志》(Journal of Systematics and Evolution)。本次研究,团队在漳浦琥珀中发现了极其罕见的银缕梅属花朵(图2)。新化石是一朵保存完整的小型雄花,有一对突出的苞片,花瓣和萼片缺失,与现生银缕梅的雄花非常相似,二者共同点包括花瓣缺失,每朵花的雄蕊数量、细长花药的形态、附着方式和开裂模式。本次研究还将显微CT技术应用于植物化石研究,完好地复原了化石材料的立体形态结构和解剖结构(图3),为化石的鉴定提供了关键信息。经过详细对比,琥珀中的花朵被命名为一新种——志炎银缕梅Parrotiazhiyaniisp.nov.,以致敬周志炎院士对中国古植物学研究的卓越贡献。现生银缕梅主要生长在东亚亚热带季风区的常绿和落叶阔叶混交林中,但志炎银缕梅却生长在中中新世热带季雨林中。研究团队通过对其它含有银缕梅化石的古植物群进行统计分析。结果表明,与现代局限、零散的分布形成鲜明对比,中新世银缕梅属曾广泛分布于亚洲和欧洲,并且多生长在暖温带至亚热带常绿落叶阔叶混交林和温带落叶阔叶林中。志炎银缕梅在漳浦中中新世热带季雨林中的发现表明该属在中新世达到了生态多样性顶峰。此外,本次在漳浦琥珀中发现的银缕梅花朵内含物是全球首例银缕梅花朵化石记录,保存完好,为银缕梅曾生长在中中新世热带季雨林中提供了明确的化石证据,也为探讨银缕梅这一植物活化石的兴衰变迁历程提供了新的研究材料。研究得到了中国科学院战略先导专项(B)、中国科学院青促会和德国自然研究基金联合资助。论文相关信息:Wu Xie-Ting, Shu Jun-Wu, Yin Su-Xin, SadowskiEva‐Maria, & Shi Gong-Le,.Parrotia flower blooming in Miocene rainforest. Journal of Systematics and Evolution (in press). https://doi.org/10.1111/jse.13001.图1 绽放的银缕梅(梁贻碩拍摄于南京中山植物园)图2 漳浦琥珀中的志炎银缕梅雄花(比例尺1mm)图3 志炎银缕梅显微CT数据三维重建(比例尺1mm) 鎮ㄤ娇鐢ㄧ殑娴忚鍣ㄤ笉鏀寔鎴栨病鏈夊惎鐢 avascript, 璇峰惎鐢 avascript鍚庡啀璁块棶! [video:1500万年前热带季雨林中绽放的银缕梅]
    2023-09-22
  • 华南奥陶-志留纪过渡期特异埋藏海绵动物群研究新进展
    近期,中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队副研究员李丽霞等对北贡特异埋藏海绵动物群中具有重要演化意义的分类单元进行了详细研究。在北贡海绵动物群,首次发现并报道了斑皮海绵类(六射海绵)和软海绵类(普通海绵)化石,并深入探讨其生物、生态及宏演化方面的意义。发现于安徽泾县的北贡海绵动物群是全球首例奥陶纪—志留纪过渡期特异埋藏海绵动物群,动物群中包含种类多样的海绵化石,丰度和分异度都非常高,而且保存有完整的海绵骨架。北贡海绵动物群发现于寒武纪至泥盆纪之间这一海绵演化的关键转折时段内,从整体面貌上来看,既包含有与寒武纪海绵特征相似的种类,也发现有与现生海绵十分相近的属种,呈现出过渡类群的特征。因此,对于这一动物群的深入研究对于解析显生宙海绵动物的系统演化有着极为重要的作用。近期,中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队副研究员李丽霞等对北贡特异埋藏海绵动物群中具有重要演化意义的分类单元进行了详细研究。在北贡海绵动物群,首次发现并报道了斑皮海绵类(六射海绵)和软海绵类(普通海绵)化石,并深入探讨其生物、生态及宏演化方面的意义。相关研究成果先后发表于国际刊物《历史生物学》(Historical Biology)及《爱沙尼亚地球科学杂志》(Estonian Journal of Earth Sciences)上。奥陶纪斑皮海绵类的新发现及其宏演化意义斑皮海绵(stiodermatids)是一类具有坚硬表皮的六射海绵,目前包含有13个属。最早发现于寒武纪,大量的属种集中在石炭纪、二叠纪,二叠纪之后灭绝。长期以来,由于在奥陶纪没有相关化石记录,这一类群被质疑在该时期是否存在演化间断。本次研究发现的斑皮海绵类(Turgidaspongia porosa gen. et sp. nov)有力地证明了这一大类在奥陶纪时期并不存在演化间断,填补了该时期斑皮海绵类化石记录的空白。同时,以这些材料为基础,对斑皮海绵科进行了系统厘定,将该科内13属厘定至5属,解决了此前由于以孤立骨针为模式标本所建立的属种引起的大量同物异名问题。此外,标本特殊的保存状态可能记录了因季节性发育或营养缺乏等原因导致的皮层骨针脱落进程。其独特的坚硬骨骼及异常大的表面进水孔可能反映了六射海绵的骨骼在古生代进行了一种新的演化尝试。距今最早的布巴里海绵化石的首次发现及其意义布巴里海绵(bubarids)是现代海洋中较为常见的一类普通海绵,广泛分布于全球深水生态系统中,最深可达1300米。目前,这一类群被归入软海绵目中,海绵体以薄壳状基部及独特的双层骨针结构为主要特征。布巴里海绵共包含有4个属,均为现生海绵,尚未发现相关化石记录;因而,这一类群的起源时间及演化进程尚不明确。本研究报道了奥陶纪—志留纪过渡期的布巴里海绵化石,标本具有典型的基部骨针层和垂直骨针层构成的双层骨架结构及壳状基部,明确地指示了其与布巴里海绵具有亲缘关系。标本中保存完整的海绵体骨骼为精确地确定其分类位置提供了可能,据此以半球羽海绵(Ptilospongia hemisphaeroidalis gen. et sp. nov)为模式种,建立了羽海绵属(Ptilospongia)。羽海绵化石的发现代表了布巴里海绵类目前最早且唯一的化石记录,为探明该类海绵的系统演化提供了非常重要的材料,同时也将为其系统发育及分子古生物学研究提供非常重要的校准点。在北贡海绵动物群中,还有很多属种与斑皮海绵及布巴里海绵一样,代表着海绵动物演化过程中众多缺失的环节。因此针对这些类群的深入研究,将为探索海绵动物的起源和演化提供了一个非常重要的窗口。该研究得到国家自然科学基金委和中国科学院战略先导专项(B)的联合资助。相关论文信息:Lixia Li, Joachim Reitner, Fangyi Gong, Guanzhou Yan, Rongchang Wu. 2023. A new stiodermatid (Hexactinellida, Porifera) from the latest Ordovician of Anhui, South China and its significance for searching the missing link between the Cambrian and late Palaeozoic stiodermatid lineage, Historical Biology, 35(1):116-126.https://doi.org/10.1080/08912963.2021.2024180.Lixia Li, Joachim Reitner. 2023. A remarkable new halichondrid demosponge, Ptilospongia hemisphaeroidalis, from the latest Ordovician Beigong Biota, South China. Estonian Journal of Earth Sciences, 72(1), 50–53.https://doi.org/10.3176/earth.2023.76.多孔膨胀海绵(Turgidaspongia porosa gen. et sp. nov)标本照片多孔膨胀海绵(Turgidaspongia porosa gen. et sp. nov)复原图(杨定华绘制)半球羽海绵(Ptilospongia hemisphaeroidalis gen. et sp. nov.)标本照片
    2023-09-21
  • 象甲总科系统演化研究取得新进展
    近日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳等人,通过对前人发表的象甲总科数据集进行重新系统发育分析,构建了可靠的象甲总科各科间的系统发生骨架树,解决了现生象甲总科各个科之间的演化关系。象甲总科是一类非常繁盛的昆虫,已描述超过6万个物种,是当今自然界物种多样性最高的类群之一。近日,中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳等人,通过对前人发表的象甲总科数据集进行重新系统发育分析,构建了可靠的象甲总科各科间的系统发生骨架树,解决了现生象甲总科各个科之间的演化关系,相关成果于9月20日发表于国际期刊《生物学快报》(Biology Letters)。绝大部分象甲头部有一向前延伸的喙,形似象鼻,象甲之名由此而来。现生象甲总科共分为8个科,分别为Cimberididae、毛象科Nemonychidae、长角象科Anthribidae、矛象科Belidae、卷象科Attelabidae、Caridae、三锥象科Brentidae和象甲科Curculionidae。象甲总科内各科之间的演化关系已得到较好解析,其中卷象科、Caridae、三锥象科和象甲科构成一个单系群(ACBC进化枝),而Cimberididae、毛象科与长角象科则位于总科内较基部的位置,然而矛象科的位置尚存在一定争议。大多数基于形态与分子数据的研究一般认为矛象科是ACBC进化枝的姐妹群。但最近一项基于锚定杂交富集(Anchored Hybrid Enrichment)数据的系统发育基因组学研究认为矛象科是毛象科与长角象科的姐妹群。近年来,蔡晨阳团队致力于昆虫分子系统学和谱系年代学研究。团队采用创新的分子数据管理手段和更为贴合的分子进化模型构建了多个重要昆虫类群的系统发生树和演化时间树,如解决了跳蚤的系统位置、构建了竹节虫目的演化时间框架等。此前团队还利用组学数据集和位点异质模型构建了超大的甲虫分子系统树,结合新筛选的一套化石校准点,构建了更精准的甲虫演化时间框架,进而证明了基于分子的系统发育关系和经典形态学证据是吻合的,确立了鞘翅目分类新系统,并认为甲虫多样性形成并不能简单地归因于与被子植物共演化(Cai et al. 2022)。论文发表后,受到学界广泛关注和引用,并入选ESI高被引论文、热点论文。近日,布里斯托大学博士研究生李言达在蔡晨阳的指导下,与美国自然历史博物馆及布里斯托大学同行合作,对前人发表的象甲总科锚定杂交富集数据集进行了重新系统发育分析。研究对比了不同数据过滤方法(去除比对错误的基因座、去除饱和位点)、不同进化模型(位点同质模型、位点异质模型)和不同建树策略(超大矩阵法、溯祖法)对构建系统发生拓扑结构的影响,解决了现生象甲总科各个科之间的演化关系。数据显示,当采取适当的数据过滤方法去除序列比对错误的基因座,或采取更贴合的位点异质性模型CAT-GTR,或使用溯祖法对前人数据进行分析时,矛象科总是被解析为ACBC进化枝的姐妹群。这一结果与基于形态学证据的系统发生关系是完全吻合的,例如矛象科与ACBC进化枝的成虫唇基上唇缝退化,幼虫额唇基缝退化,且成虫和幼虫上颚均不具臼齿等。本研究构建了可靠的象甲总科各科间的系统发生骨架树,确立了矛象科的系统位置,并进一步强调了对系统发育基因组学研究中的大数据进行适当的前处理,以及位点异质性模型在昆虫系统发育基因组学研究中的重要意义。研究得到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国家留学基金资助。论文相关信息:Li, Y.-D., Engel, M.S., Tihelka, E. & Cai, C.* (2023) Phylogenomics of weevils revisited: data curation and modelling compositional heterogeneity. Biology Letters, 19, 20230307. https://doi.org/10.1098/rsbl.2023.0307.Cai, C., Tihelka, E., Giacomelli, M., Lawrence, J.F., Slipi ski, A., Kundrata, R., Yamamoto, S., Thayer, M.K., Newton, A.F., Leschen, R.A.B., Gimmel, M.L., L , L., Engel, M.S., Bouchard, P., Huang, D., Pisani, D. & Donoghue, P.C.J. (2022) Integrated phylogenomics and fossil data illuminate the evolution of beetles. Royal Society Open Science, 9, 211771. https://doi.org/10.1098/rsos.211771. (Google引用115次,ESI高被引论文、热点论文)图1. 基于锚定杂交富集数据的象甲总科各科间的系统发生骨架树,确立了矛象科的系统位置图2. 不同进化模型和数据集生成的拓扑结构比较(拓扑结构D代表可靠的象甲总科内部演化关系)
    2023-09-20