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【人民日报】这块化石为何不简单？不久前，全球顶级学术期刊《科学》杂志公布了2024年度十大科学突破评选结果，中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称“南京古生物所”）朱茂炎团队发现迄今最古老的多细胞真核生物化石这一重要成果入选。真核生物的多细胞化是生命向复杂化和大型化演化的必备条件，被认为是生命演化史上的重大关键创新事件之一。最古老的多细胞真核生物化石是如何被发现的？它的发现有何重要意义？科学家为我们一一解答。“这块化石不简单”在数十亿年的地球生命演化历史中，真核生物的出现与繁盛有着至关重要的意义。至此，生命摆脱了简单的形态，细胞拥有了“遗传和代谢调控中心”的细胞核以及“能量工厂”线粒体，为今天复杂生命形态的演变奠定了基础。现在的地球上，包括人类在内的动物、陆生植物、真菌和宏体藻类等，都是复杂生命，也都是多细胞真核生物。“多细胞化是真核生物获得生物复杂性和大尺寸的关键，通常被认为是地球生命演化上的重大创新。”南京古生物所研究员朱茂炎说。那么，真核生物最早何时发生多细胞化？截至目前，学界对这一重大科学问题并无明确答案。已知的化石证据表明，简单的微体多细胞真核生物，包括红藻、绿藻和真菌化石等，在距今10亿年左右的地层中已经出现，并在距今6亿年前后开始多样化和大型化。会不会比这个时间更早呢？带着这个疑问，朱茂炎带领团队开始了探索之旅。契机出现在2012年。那一年，朱茂炎前往天津蓟县（现为天津蓟州区）进行野外考察，其间在同行朱士兴家里的一次做客，让他有了意外收获。“朱老师在中国地质调查局天津地质调查中心从事研究工作，经常去燕山山脉地区采集化石。”朱茂炎回忆说，“当时，在他家沙发旁边就摆了五六个托盘的化石。我打眼一看，里面有一块化石非常大，长有30厘米左右，形态类似海带。”朱茂炎立即敏锐意识到，“这块化石不简单。”朱士兴解释，这是他1997年在河北迁西和宽城地区进行野外地质调查工作时，在距今15.6亿年的“蓟县系”高于庄组（岩石地层名称，属中元古代地层）中发现的宏体碳质膜化石。这个重要线索，让朱茂炎团队决定，将考察研究的地域范围进一步锁定在高于庄组所处的燕山山脉地区。“这个‘更早’会是什么时候？”燕山山脉是中国北方重要山脉之一。对于地质古生物学来说，燕山山脉有着非凡的意义。20世纪30年代初，地质学家高振西等人在燕山山脉长城脚下的天津蓟县，建立了我国北方“震旦系”标准剖面。近百年来，经过几代地质学家的研究，发现了很多早期生命化石，其时代厘定也越来越精准。朱茂炎说：“那里的岩石为距今18亿年到13亿年的前寒武纪沉积地层，近万米厚，是全球开展地球早期地质历史和生命演化的最好、最经典的地区之一。”瞄准这一区域，朱茂炎团队联合朱士兴等国内外同行展开了深入的考察和发掘。2013年开始，他们合作对燕山地区高于庄组发现的一批距今15.6亿年的宏体生物化石进行了研究。从外观来看，这批化石已经“长得很大”，宽达8厘米，不完整的化石长度可达30厘米。科研人员判定它们为最早的宏体多细胞真核生物化石，研究成果于2016年发表。这一结果引起学界的广泛关注，不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间从之前认为的6亿年前向前推了将近10亿年，并由此推断真核生物发生多细胞化的时间应该更早。“出现这么大的宏体化石，说明在此前还可能会有相对简单的微体多细胞生物（肉眼不可见）演化阶段。”朱茂炎说。“这个‘更早’会是什么时候？”为了验证这一推断，在燕山地区早于16亿年的古元古代晚期“长城系”地层中，朱茂炎团队继续寻找“更早”期多细胞真核化石存在的蛛丝马迹。由于长城系地层中的化石多为肉眼看不见的微体化石，必须借助显微镜才能看清楚细节，而且这些化石被深深包埋在富含黏土的页片状岩石内，所以科研人员必须将采集的样本带回实验室进行分析研究。苗兰云博士是朱茂炎团队开展燕山地区研究的主力成员。自2016年研究生阶段开始，她就将寻找最早的多细胞真核化石记录作为主要研究课题。8年来，苗兰云和团队成员一直往返于河北采集地与南京实验室之间。化石实在太小，但哪怕是50克的岩石样本，经过提取处理也能制成几十个薄片，放到显微镜下，科研人员几天都看不完。“很长一段时间，我都没有出任何成果。”苗兰云坦言，这一度让她感到十分焦虑。但因为对地球早期生命演化研究的热爱，她仍然选择继续坚持。功夫不负有心人。2021年初的一个夜晚，苗兰云第一次在显微镜下观察到了多细胞结构，而且非常清晰。这令她异常兴奋。最终，苗兰云从采集的几百件样品中，发现了278枚保存精美细胞结构的微体多细胞真核生物化石标本，这些标本均来自河北省宽城县翁家庄剖面串岭沟组中上部地层。“我们还要继续往下追！”找到的化石，是不是最早的多细胞真核生物？显微镜下的观察显示，这200余枚化石是由巨型细胞组成的，且细胞形态复杂。为了确认化石的具体身份，科研人员开展了进一步的研究分析。他们发现，这些丝状体化石，与1989年在天津蓟县地区串岭沟组发现的“壮丽青山藻”很相似，可归入同一个属种。朱茂炎说：“综合分析表明，‘壮丽青山藻’与一些现生绿藻的藻丝体形态、细胞大小变化和繁殖方式等最为接近。由此，我们认为‘壮丽青山藻’属于多细胞真核生物化石，且很可能是多细胞藻类，具备光合作用的代谢能力。”此次发现的化石所在地层顶部有一层火山凝灰岩，前人曾通过锆石铀—铅同位素定年，结果为16.35亿年，这为新发现的化石提供了直接的年龄约束。因此，“壮丽青山藻”被认为是迄今全球发现最早的多细胞真核生物化石记录，距今16.3亿年。这一最新发现，是继团队2016年发表燕山地区发现15.6亿年前全球最早的宏体多细胞真核生物化石的成果后，又一项重大突破，将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了约7000万年。该成果发表在2024年1月25日出版的《科学进展》杂志上。“我们还要继续往下追！”朱茂炎说，“目前只是找到了一些化石碎片，我们还不知道这些多细胞真核生物整体长什么样，它的多样性和生活环境如何，在生态位上处于什么位置等，还有很多疑问需要去研究、去解答。”<!--!doctype-->天津蓟县（现蓟州区）中上元古界国家自然保护区。河北省宽城县翁家庄剖面串岭沟组中发现的“壮丽青山藻”化石。河北省唐山市迁西县高于庄组中发现的宏体碳质膜化石。研究团队合影。2025-01-20 -
【新华社】远古发现丨中国科学家发现4.1亿年前“袖珍”植物新华社南京1月15日电（记者 王珏玢）记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，该所研究人员领导的研究团队新近在贵州省都匀市包阳村附近发现约4.1亿年前的“袖珍”植物——包阳工蕨化石。这一发现揭示了早期植物独特的生存策略，为解释4亿多年前“植物登陆”如何发生提供了新线索。植物大化石证据表明，大约4.3亿年前植物开始了从海洋“登上”陆地的征程。这一过程极大地改变了地球的生态环境，几千万年间，陆地植物的数量、种类、复杂程度迅速上升，当今陆地生态系统的基础由此奠定，这一堪比“寒武纪大爆发”的过程被称为“植物登陆”。此次新发现的包阳工蕨或为解释“植物登陆”提供新线索。从化石形态上看，包阳工蕨植株高度仅有约45毫米，其孢子囊穗的长度仅为5.8到10.8毫米。这种体形相比当时类似植物常见的100至200毫米体长，显得非常“袖珍”和“迷你”，极为罕见。研究团队进一步分析发现，在包阳工蕨生活的约4.1亿年前，植物演化出两种截然不同的生存策略。以包阳工蕨为代表的一类植物个体矮小，需要的营养和繁殖投入较少，推测寿命较短，可以在短时间内完成整个生命周期，适应于动荡环境。而另一些工蕨类植物则个体高大，需要的营养和繁殖投入均较多，可能更适宜稳定的环境。“我们赖以生存的地球表面有着各种丰富的地貌。河流、湖泊、峻岭、荒漠……各种不同的环境也需要生物展现出不同的生存技能。陆地植物在发展的早期，可能就是依靠演化出多样的生存策略，才克服了复杂的环境压力，完成‘植物登陆’，最终使得地球披上绿装。”领导此项研究的中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员黄璞说。相关成果1月15日发表在国际期刊《皇家学会生物学分会学报》（Proceedings of the Royal Society B）上。包阳工蕨化石图片（中国科学院南京地质古生物研究所供图）约4.1亿年前的植物群落复原图（概念：黄璞；绘图：谭超）2025-01-16
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【中国之声】为什么长城底下会埋藏更古老的生物化石？对我们人类有怎样意义？https://ytweb.radio.cn/share/albumPlay?correlateId=2562043&columnId=15936163789220&appUuid=183310ea-34dc-4fc1-bb35-63c2904e933d&appUserid=jNWhKOEbw5fXLr7f3vZaIA%3D%3D2025-01-06
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【工人日报】我国一科研成果入选《科学》杂志年度十大突破记者从中国科学院获悉，北京时间12月13日，美国《科学》杂志网站公布了2024年度十大科学突破评选结果。中国科学家发现的迄今最古老多细胞真核生物化石成果入选。真核生物的多细胞化是生命向复杂化和大型化演化的必备条件，被认为是生命演化史上的重大关键事件之一。然而，真核生物最早何时发生多细胞化？此前，学界对这一重大科学问题并无明确答案和证据。2016年，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎团队联合中国地质调查局天津地质调查中心研究员朱士兴等国内外同行，在燕山地区发现距今15.6亿年前的宏体多细胞真核生物化石，个体长度可达30厘米。这一发现不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间提前将近10亿年，并且意味着真核生物发生多细胞化的时间应该更早。2024年1月，朱茂炎团队经过8年的深入研究，在燕山地区距今约16.4亿年前的地层中发现了迄今最早的多细胞真核生物化石——“壮丽青山藻”，化石不仅保存了清晰的细胞结构，而且部分细胞内含有可能的繁殖细胞“孢子”等结构。这一发现将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了约7000万年。《科学》杂志此次评选出的其他年度突破包括：一针管半年的艾滋病预防药问世、地幔“巨浪”推动大陆高地崛起、第三种磁性材料发现、“星舰”实现“筷子夹火箭”、藻类固氮“神器”首次发现、靶向农作物害虫的RNAi杀虫剂上市、詹姆斯·韦布空间望远镜探索宇宙黎明、古代DNA揭示千年前家族关系、CAR-T疗法用于自身免疫性疾病。2024-12-23
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【科技日报】《科学》杂志评出2024年度十大科学突破“中国科学家发现迄今最早多细胞真核生物化石”荣登榜单北京时间12月13日，美国《科学》杂志网站公布了2024年度十大科学突破评选结果。其中，中国科学家发现迄今最古老的多细胞真核生物化石荣登榜单。这十大突破如下。一针管半年的艾滋病预防药问世艾滋病是由人类免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的疾病。一种名为来那卡帕韦（即Lenacapavir）的注射药物，每次注射可保护人体长达6个月。6月，一项针对非洲青少年女性和年轻女性的大型有效性试验报告称，这种注射药物将HIV感染率降至零，有效性高达惊人的100%。地幔“巨浪”推动大陆高地崛起长久以来，科学家们一直认为悬崖和高原是两种截然不同的地质现象，分别由不同的过程驱动。但今年英国南安普顿大学地球科学家的一项研究表明，陡峭的悬崖和高原是由大陆分离时在地球中层引发的同一“巨浪”造成的。当构造板块断裂时，会在地球深处引发强大而缓慢的地幔波，进而导致大陆表面上升一千米以上。最早多细胞真核生物“现身”今年1月，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎团队在华北燕山地区16.3亿年前地层中发现迄今最早多细胞真核生物化石。这一发现将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了7000万年。第三种磁性材料发现铁磁性和反铁磁性一直被认为是材料的两种主要磁序。2019年，研究人员预测，第三种磁性类型，即交变磁性，能兼具铁磁性和反铁磁性两者的特性。今年，多个研究小组证明了存在这一磁性材料。而拥有该特性的交变磁体未来可用于制造自旋电子计算机。“星舰”实现“筷子夹火箭”10月13日，SpaceX“星舰”第五次试飞成功。升空7分钟后，其助推器在降落时由发射塔上被称作“筷子”的机械臂“夹住”，首次实现在半空中捕获回收。这一壮举是SpaceX向完全可重复使用火箭系统迈进的重要里程碑。藻类固氮“神器”首次发现教科书告诉我们，生物固氮只发生于细菌和古菌中。而今年4月，美国研究人员发现了第一种固氮真核生物，其通过一种名为“硝基质体”（Nitroplast）的新型细胞器来固定氮气，这颠覆了以往真核生物（如动植物）无法直接从大气中固定氮气的认知。靶向农作物害虫的RNAi杀虫剂上市今年，美国环境保护局批准可喷洒RNAi生物农药Calantha上市，专门用于防治马铃薯头号害虫——马铃薯甲虫。这种新的、精确的方法将比现有的化学物质更安全。詹姆斯·韦布空间望远镜探索宇宙黎明自2022年詹姆斯·韦布空间望远镜“睁眼”以来，其观测到的宇宙黎明时期星系数量远超预期。今年，对这些星系古老光线的详细研究进一步揭示了其背后的原因。古代DNA揭示千年前家族关系今年，利用从古代骨骼和牙齿中提取的DNA，一系列研究为数千年前的家庭重建了“家族树”，为人们提供了有关远古时期人口迁徙和亲属关系等新见解。CAR-T疗法用于自身免疫性疾病今年，一系列新的临床试验测试了CAR-T疗法在自身免疫性疾病中对抗B细胞的能力。例如，2月，德国研究人员报告，15名接受CAR-T疗法的严重自身免疫性疾病患者在中位随访15个月的时间内（最短随访时间为4个月，最长为29个月），疾病均得到缓解或症状大幅减轻，并已停止使用所有免疫抑制剂和抗炎药物。（原载于《科技日报》 2024-12-13 第03版）2024-12-13
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【新华社】新研究进一步揭示地球生命或起源于“热泉”记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，中国科学家领衔的国际团队通过模拟实验发现，在地球最早期陆地热泉式的环境中，铁硫化物可通过光热催化作用还原二氧化碳，产生甲醇，从而为地球生命起源的关键代谢途径提供物质基础。这一研究为理解地球早期生命起源提供了新方向，相关成果于28日发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。参与此项研究的中国科学院南京地质古生物研究所副研究员南景博介绍，在地球早期生命起源假说中，深海热液和陆地热泉是普遍认为孕育生命的两种可能环境。此前研究中，多数科学家认为早期生命产生于海底的碱性热液喷口，对陆地上的热泉式蒸汽环境的研究相对较少。此次研究团队在实验室中进行了一系列环境模拟，产生与早期陆地热泉相似的环境，包括80至120摄氏度高温、强紫外光照射，富含二氧化碳、氢气、铁硫化物的热泉喷口环境。结果显示，铁硫化物能起到催化作用，促进二氧化碳转变为甲醇。甲醇可能通过之后进一步的催化转化为最古老代谢途径所需的甲基，从而为生命起源奠定基础。“这项研究展示了在早期地球陆地热泉中，铁硫化物如何将二氧化碳转化为有机分子，并进一步为生命起源提供原材料。该发现为探索生命起源提供了新方向，进而为未来寻找地外热泉环境下的生命提供依据。”南景博说。（记者朱筱）早期地球陆地热泉概念图 （亚历克斯·博索伊绘）2024-12-02
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【科技日报】中外学者发现陆地热泉生命起源假说新证据（科技日报记者 张晔）地球生命空间起源于深海还是陆地？这一古老谜题有了新线索。11月28日，记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，该所南景博副研究员与日本国立材料科学研究所、澳大利亚新南威尔士大学等单位的学者合作的研究发现，在早期地球的陆地热泉中，铁硫化物为生命起源提供了关键的化学基础。该研究揭示了早期地球陆地热泉中的铁硫化物在前生命碳固定中的潜力，为探索生命起源提供了新方向，也为未来寻找地外生命提供了依据。相关成果发表在最新一期的《自然 ・通讯》上。地球早期热液系统中富含铁硫化物，这些铁硫化物可能类似于现代代谢系统中的酶辅因子，参与了生命前的化学反应。为探究铁硫化物在陆地热泉前生命碳固定的作用，研究团队在实验中合成了一系列铁硫化物（四方硫铁矿）纳米颗粒。通过实验，他们发现这些铁硫化物在特定温度（80-120℃）和常压下可催化氢气驱动的二氧化碳还原反应，并用气相色谱仪对生成的产物甲醇进行了定量测定。研究显示，掺锰的铁硫化物在120℃的反应条件下表现出显著的催化效果，而且在紫外-可见光和增强紫外光照射下，其催化活性进一步增强。这表明，光能或促进了化学反应的进行。研究团队还发现，水蒸气可进一步提升反应活性，这意味着陆地热泉蒸汽喷口可能是早期地球非酶有机合成的关键场所。 南景博认为，铁硫化物的氧化还原特性，使其具备与现代代谢酶类似的催化功能，为前生命碳固定提供了化学基础。早期地球陆地热泉概念图。亚历克斯·博索伊/Alex Bosoy 绘2024-11-29