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泥盆纪末生物大灭绝之后全球微生物碳酸盐岩复苏
泥盆纪-石炭纪之交(距今大约3.59亿年)发生了一次严重的生物灭绝事件,导致海洋无脊椎生物45%的属和21%的科灭绝。由于显著的海水缺氧和全球海平面变化,德国西部莱茵地区发育了典型的在全球广泛分布的沉积类型,从下向上为:Hangenberg黑色页岩,Hangenberg页岩和Hangenberg砂岩。因而,泥盆纪末期这次生物灭绝事件也被称为Hangenberg生物灭绝事件。最近,国外学者通过对Hangenberg事件期间海洋和陆地生物的多样性、丰度、生态系统等变化的综合分析,认为这次灭绝事件与显生宙“五次”生物大灭绝属于同一级别,其灭绝时间从泥盆纪末期到石炭纪最早期,牙形化石带从下Siphonodella praesulcata带的最上部到Siphonodella sulcata带的最下部,持续大约10-30万年。
生物大灭绝之后,如二叠纪末三叠纪初,常常伴随着微生物碳酸盐岩的繁盛。微生物碳酸盐岩的繁盛被认为是由于生物大灭绝造成大量海洋动物的灭绝或急剧减少,导致海洋后生动物对微生物群落的扰动和啃食作用减少所致。另外,海水碳酸钙饱和度的升高有利于微生物钙化作用增强和碳酸盐岩沉积。泥盆纪末期Hangenberg生物灭绝事件造成了海洋中大量后生动物的减少,另外,海水碳酸钙饱和度比二叠纪末期还高,因此,理论上Hangenberg事件之后应该存在微生物碳酸盐岩的繁盛。然而,至今仅澳大利亚有确切的石炭纪最早期的微生物岩(叠层石和凝块石)报道。
骨架生物礁生态系统和微生物礁生态系统是海洋中重要的两个对立的生态系统,系统总结生物大灭绝期间骨架生物礁和微生物礁的丰度变化可以深入揭示生物灭绝期间的海洋生态系统演变。为了系统研究泥盆纪末期Hangenberg生物灭绝期间的海洋生物圈变化,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队博士研究生要乐、王向东研究员和陈吉涛副研究员,与法国图卢兹第三大学Markus Aretz教授和澳大利亚昆士兰大学Gregory E. Webb教授合作,详细研究了中国甘肃平川磁窑地区前黑山组中段下部的微生物碳酸盐岩(叠层石),其厚度约16m,横向分布约200m。利用菊石、介形虫、孢粉等生物地层的综合分析确定该叠层石形成于石炭纪最早期(相当于Siphonodella sulcata牙形石带的下部)。另外,前黑山组叠层石中含有苔藓虫、海百合茎等海相化石,以及小尺度的纹层和窗格结构,它们均指示该叠层石形成于潮间带的正常海洋环境,因此认为前黑山组叠层石是Hangenberg事件之后海洋微生物繁盛的产物。
前黑山组叠层石的组分主要包括泥晶、球粒、核形石和亮晶方解石,由微生物的捕获、粘结和钙化作用形成,它们发育三种类型:纹层状,波状和穹隆状。伴随杜内早期微生物碳酸盐岩在大陆架上的广泛分布,前黑山组叠层石的发现预示Hangenberg生物灭绝事件后全球微生物碳酸盐岩可能复苏。
为了证实这一观点,研究团队还系统总结并定量统计了晚泥盆世法门期-石炭纪杜内早期微生物为主的生物建造的丰度,研究发现Hangenberg事件前后海洋生物圈发生明显转变,从以层孔虫-珊瑚为主的骨架生物礁生态系统向微生物礁生态系统演变,杜内早期微生物为主的生物建造在古赤道南、北纬40°范围内广泛分布,位于美国西部、俄罗斯东部、澳大利亚东部、印度北部以及中国南部、西北部等地区,其丰度相对泥盆纪末斯特隆期显著增加达十倍以上,这一研究结果揭示了Hangenberg生物灭绝事件之后全球存在微生物碳酸盐岩的繁盛。
泥盆纪末期Hangenberg生物灭绝事件之后,微生物碳酸盐岩的繁盛可能与该时期后生动物的减少和海水碳酸钙饱和度的升高有关,但哪一个是主要控制因素?重建生物灭绝期间的骨架礁和微生物礁丰度变化是解决这一问题的新思路。因此,研究团队系统总结并定性重建了Hangenberg生物事件和显生宙“五次”生物大灭绝事件转折期的生物建造的相对丰度变化,通过对比研究发现,微生物为主的生物建造丰度的增加伴随着骨架生物为主的生物建造丰度的减少,从而表明在生物大灭绝期间,骨架造礁生物丰度的变化可能是控制微生物碳酸盐岩繁盛的主导因素。
文章于2016年12月23日在线发表在英国Nature出版集团Scientific reports上。
论文相关信息:Le Yao, Markus Aretz*, Jitao Chen, Gregory E. Webb, Xiangdong Wang*, 2016, Global microbial carbonate proliferation after the end-Devonian mass extinction: Mainly controlled by demise of skeletal bioconstructors, Scientific Reports: doi:10.1038/srep39694
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植硅体研究证实5600年前海南已种植水稻
稻作起源与传播是农业考古研究关注的热点科学问题,也是难题之一。总体而言,我国华南地区浮选获得的水稻大植物遗存物贫乏,因此很难获得植物大化石证据来探索这个难题。而植物的微体化石,比如花粉与植物硅酸体(简称植硅体),尤其是植硅体具有耐腐蚀和易保存的特征,大量保存于野生植物居群与分布区,或者保存于被古人类利用的考古遗存物和堆积物中,因此,水稻的植硅体分析方法成为获取和鉴定稻作遗存的一个直接而有效手段。
稻作农业南传是稻作传播的重要领域之一,它与南亚语系和南岛语系的人群在内陆和东南亚地区的扩张密切相关。海南岛地域独特,应该是稻作农业南传及不同族群迁徙的关键地区。遗憾的是,以往对海南岛农业活动缺少相关研究,学界对海南岛史前农业活动知之甚少。
近期,中国科学院南京地质古生物研究所毛礼米副研究员与中科院地质与地球物理研究所同行合作在海南岛万宁地区的野生稻保护区内使用泥炭取样器进行了浅层钻孔取样,部分样品送往美国Beta实验室进行了C-14精确测年,中科院古脊椎动物与古人类研究所吴妍副研究员对研究样品进行了植硅体提取与分析。研究结果表明:早在5600年前,稻作农业已扩散至海南岛,从而为稻作传播提供了新的证据,也为南岛语族的起源提供了新的线索。
该研究成果由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院南京地质古生物研究所、中国科学院地质与地球物理研究所和中国社科院考古所研究人员合作完成。论文发表于Quaternary International期刊(国际第四纪联合会刊物)。
本研究获得国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项子课题(“植物遗存物的花粉与植硅体形态鉴定”)等项目资助。
论文信息:Yan Wu*, Limi Mao*, Can Wang, Jianping Zhang, Zhijun Zhao (2016) Phytolith evidence suggests early domesticated rice since 5600 cal a BP on Hainan Island of South China. Quaternary International 426:120–125 (* Corresponding author)
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原隐翅虫揭示白垩纪昆虫与真菌相互关系
昆虫与真菌之间存在漫长的相互关系。在众多昆虫与真菌的互作关系中,菌食性在昆虫中广泛存在,而在某些具备真菌“种植”能力的白蚁或切叶蚁中尤为显著。菌食性在鞘翅目昆虫(甲虫)中较为常见,包括多种取食真菌的方式,如刮食孢子、咀嚼菌丝和经口前消化的流质吸食等。菌食习性在多数原始甲虫类群中广泛存在表明取食真菌是一种原始的食性,起源早于取食植物组织(如叶片)。尽管菌食性甲虫化石在中生代曾有报道,但一直缺乏与取食行为直接相关的形态特征。
近期,中国科学院南京地质古生物研究所蔡晨阳博士、黄迪颖研究员等在距今约1亿年前的缅甸琥珀中发现了一类口器极其特化的原隐翅虫亚科昆虫化石,揭示了白垩纪中期昆虫与真菌的相互关系。研究成果于12月21日上午8时在线发表于英国《皇家学会会刊B辑》(Proceedings of the Royal Society B)上。
隐翅虫科是昆虫纲中物种多样性最高的一个庞杂类群,分为32个亚科,目前已描述种类超过62000种。然而,原隐翅虫亚科(Proteininae)是一个较小的亚科,包括5个现生族,11个现生属,约230种。原隐翅虫体型较小,常见于真菌、树皮或落叶层中。目前为止,尚无原隐翅虫化石被正式描述和报道。
此次发现并报道的是一类体型超小(长约1.3毫米)、形态原始、但口器高度特化的隐翅虫化石。通过琥珀昆虫研究的前期准备(切割、打磨、抛光和制片)、多手段的形态观察(荧光显微镜、生物显微镜和体式显微镜等)发现,这类昆虫可归入现生的原隐翅虫亚科,并命名为Vetuproteinus cretaceus(白垩古原隐翅虫)。但由于其具有多数原始特征和极其特化的口器特征,不能归入现生族中,从而建立了一新族Vetuproteinini(古原隐翅虫族)。
现生类群的分支系统学研究表明,原隐翅虫中较原始的4个族类群仅分布于冈瓦纳大陆板块,如澳大利亚和南美洲,而较进化的一个族绝大部分都分布于北半球。因此,之前有学者认为原隐翅虫亚科可能是冈瓦纳大陆起源。但缅甸琥珀中古原隐翅虫族的发现暗示了原隐翅虫亚科并非南半球起源,而其起源可能较早,在泛大陆解体之前该类群已经十分多样且广布。
白垩古原隐翅虫最为显著的特征是特化的口器。其口器发育有超长且突出的外颚叶,外颚叶端部具有盘状的“孢子刷”构造。整个外颚叶的结构酷似人们日常使用的牙刷。类似的“孢子刷”构造在现生隐翅虫总科中并非独一无二,与之相似的特化孢子刷也偶见于隐翅虫科的毛薪甲亚科(Dasycerinae)、前角隐翅虫亚科Gyrophaenina亚族的大部分属种,以及球蕈甲科(Leiodidae)的Agyrtodini族中。现生类群口器上发育的孢子刷可将真菌孢子从子实层中刮下、聚集并送入口中。
与现生类型不同的是,白垩古原隐翅虫的孢子刷发育于外颚叶末端,而非内颚叶末端。通过与现生类群取食习性的对比研究,推测这类昆虫化石很可能是利用其特化的外颚叶刮食菌类的孢子。取食对象可能是担子菌或子囊菌,也可能是其他产孢子的微生物,如粘菌等。
缅甸琥珀中原隐翅虫的发现代表了该亚科中生代唯一可靠的化石记录,证明了原隐翅虫亚科是一个古老的类群,起源早于冈瓦纳大陆裂解。更为重要的是,其代表了甲虫菌食习性的直接证据,表明昆虫与真菌的相互关系在白垩纪中期已经建立。
此项研究得到了科技部973项目,中科院先导专项、国家自然科学基金委以及江苏省自然科学基金委的资助。
论文相关信息:Chenyang Cai*, A.F. Newton, M.K. Thayer, R.A.B. Leschen, D. Huang, 2016. Specialized proteinine rove beetles shed light on insect–fungal associations in the Cretaceous. Proc. R. Soc. B.
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辽西发现最早的银杏植物木材化石
近日,由中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员领衔的一个中法科学家研究小组在辽宁西部北票地区侏罗纪地层中发现了一种新的银杏木材化石,被命名为“辽宁银杏木”(新种)(Ginkgoxylon liaoningense sp. nov.)。这项研究工作由中国地质科学院高级工程师蒋子堃博士、中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员、法国里昂第一大学Marc Philippe教授,以及中国地质调查局沈阳地质调查中心、沈阳师范大学学者共同完成。这是目前发现的最早具有现生银杏次生木质部解剖特征的木材化石。该研究成果于2016年12月16日发表在英国《自然》出版集团旗下的学术期刊《科学报告》(Scientific Reports)上。这一发现代表了现生银杏木材演化的原始类型和早期阶段,对揭示银杏木材化石的演化具有重要意义。
现生银杏Ginkgo是广为人知的活化石,目前只有一属一种(Ginkgo biloba),该银杏属确凿的营养叶和繁殖器官化石记录可以追溯到侏罗纪早中期(距今1.7亿年)。但是现生银杏属的木材化石在白垩纪之前报道很少。本次发现自辽西北票地区的辽宁银杏木(Ginkgoxylon liaoningense )产自中、晚侏罗世之交的髫髻山组地层,距今有约1.6亿年历史,化石结构构造保存完好,具有银杏属Ginkgo的典型木材解剖特征。其生长轮清晰,不具树脂道,具有膨大的垂向薄壁细胞束,具异细胞,排列有序的柏木型交叉场纹孔,射线细胞水平壁及端壁不具孔,双列对生的径壁纹孔上方常见眉条,径壁纹孔为混合类型(既有南洋杉式径壁纹孔,又有冷杉式径壁纹孔,且南洋杉式径壁纹孔约占40%-50%)。上述解剖特征与现生银杏Ginkgo极为相似,仅径壁纹孔特征稍有差异(现生银杏冷杉式径壁纹孔占绝大多数,南洋杉式径壁纹孔所占比例较小)。
报道自辽宁西部髫髻山组中晚侏罗世的辽宁银杏木,具有现生银杏属(Ginkgo)木材所有的解剖特征,这种特征在白垩纪之前从未见报道,是古植物学者首次在侏罗纪地层中发现的具有确凿解剖构造的银杏属木材化石。辽宁银杏木的发现,不仅代表了银杏木属(Ginkgoxylon)出现时代最早的类型,而且还是现生银杏木材(Ginkgo)演化最原始的基部类型,为探究银杏木材的演化谱系提供了非常重要的化石证据。基于本次木化石的记录和新发现,可以较为完整地勾勒出银杏属木材的演化序列,即从侏罗纪原始的辽宁银杏木(Ginkgoxylon liaoningense),演化到早白垩世的中国银杏木(Ginkgoxylon chinense Zhang, Zheng et Shang),再继续演化为晚白垩世的葛如特银杏木(Ginkgoxylon gruetti Pons et Vozenin-Serra),最后演化到中新世的贝克银杏Ginkgo beckii Scott, Barghoorn et Prahash的过程,代表着径壁纹孔南洋杉型占40%-50%到逐渐减少,而冷杉型纹孔逐渐增多,最后到冷杉型占主导地位的解剖特征演化序列。本项成果对于进一步揭示燕辽生物群植物多样性特征、演化和环境背景提供了古植物解剖学证据。
本项研究得到中国科学院战略性先导B类项目、国家重点研发计划以及国家自然科学基金项目等资助,并且是IGCP632项目的成果。
论文信息:Jiang Zikun, Wang Yongdong*, Philippe Marc, Zhang Wu, Tian Ning & Zheng Shaolin, 2016. A Jurassic wood providing insights into the earliest step in Ginkgo wood evolution. Scientific Reports, 6:38191, DOI: 10.1038/srep38191 (*corresponding author)
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腕足壳风暴沉积恢复华南古纬度及冈瓦纳大陆冰川时代
风暴层是由低纬度的台风或飓风或中高纬度的暴风雪导致的特殊沉积。腕足壳风暴层是一种常见的风暴沉积产物,常形成于低纬度地区。通过晚奥陶世腕足壳埋藏方式、分布及其与现代飓风分布的对比研究发现,原位保存的腕足壳体分布在无飓风带(南北纬10°之间),而混乱埋葬的腕足壳层分布在飓风带(南北纬10°-30°之间),飓风带的形成可能是由于极地发育冰川导致高纬度和低纬度之间存在温度差所致。目前,普遍认为华南板块在石炭纪密西西比亚纪时期位于赤道附近,但它的具体古纬度位置还不清楚,另外,关于该时期冈瓦纳大陆冰期发育时间也存在争议。
为了研究华南板块密西西比亚纪时期的古纬度和该时期冈瓦纳大陆冰川发育时间,中国科学院南京地质古生物研究所要乐博士等和法国图卢兹第三大学Markus Aretz教授详细报道了华南密西西比亚纪维宪晚期-谢尔普霍夫期雅水剖面、断杉剖面和甘垌子剖面的腕足壳(大长身贝)风暴层,壳层发育底部侵蚀面、内部腕足壳混乱堆积和侵蚀结构、以及顶部的平行纹层和波状层面等结构,它们均指示风暴沉积特征。通过对大长身贝风暴层中腕足壳体的埋藏方式和沉积特征研究发现,发育三种不同埋藏和沉积类型的大长身贝风暴层:(1)具有大部分铰合和凸面向下的壳体,分布于粒泥灰岩和泥粒灰岩中;(2)以脱节和凸面向上的壳体为主,分布于泥粒灰岩中;(3)高度破碎的壳体,分布于颗粒灰岩中,这三种类型的大长身贝壳层分别形成于风暴层末端的低能环境中(风暴浪基面附近)、风暴层中部的中等水动力环境中(风暴浪基面与正常浪基面之间)和风暴层前端的高能环境中(正常浪基面之上)。风暴层前端和末端大长身贝风暴层的出现也反映它们是由风暴的筛选和搬运作用形成。华南板块维宪晚期-谢尔普霍夫期大长身贝风暴层的广泛发育,指示华南板块该时期位于飓风带(古纬度10°-30°之间),并伴随冈瓦纳大陆发育冰川沉积。
相关研究成果于近期发表在国际地学学术刊物《比利时地质学报》(Geologica Belgica)上。本项研究得到了国家自然科学基金,中科院B类先导专项和国家科技部基础性项目的支持。
论文相关信息:Gigantoproductid brachiopod storm shell beds in the Mississippian of South China: implications for their palaeoenvironmental and palaeogeographical significances. Geologica Belgica, 19/1-2: 57-67.
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木化石揭示四川盆地两亿年前存在降温事件
近期,由中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员领导的一个中法科学家团队在四川盆地北部广元地区晚三叠世地层发现了一种新的松柏类木化石--广元异木(新种),并揭示了距今两亿年左右存在着短暂的降温事件。这项成果由沈阳师范大学田宁博士、南京古生物所王永栋研究员、李丽琴博士、法国里昂第一大学菲利普博士以及曲阜师范大学和中国地质科学院专家共同完成。
四川盆地北部广元地区发育有国内外知名的距今约2亿年的须家河组植物群,是我国晚三叠世南方型植物群的重要代表。该植物群发现至今已经有130多年的历史,但长期以来一直没有木化石系统学的正式研究和报道。王永栋领衔的研究团队近年来在四川盆地开展三叠-侏罗纪之交植物多样性和环境背景研究过程中,在广元和旺苍地区须家河组的第二段沉积中发现了若干保存完好的木化石。通过木材解剖学及系统古生物学研究,创立了松柏类木化石的一个新类型,即广元异木(新种)(Xenoxylon guangyuanense sp. nov.)。该化石标本保存完好的解剖构造,具有异木属典型的木质部特征,包括管胞径壁纹孔特征和窗格型交差场纹孔。这是我国首次在四川盆地晚三叠世沉积中发现异木属化石,也是继广东北部地区之后,在华南晚三叠世发现的第二个异木属化石记录,对于揭示异木属的早期辐射演化具有重要意义。
异木属是中生代具有重要古地理及古生态指示意义的木化石代表类群,其化石记录集中在北半球高纬度地区,且呈绕极式分布模式,被认为是湿凉气候的指示植物。广元异木化石在须家河组的发现指示位于低纬度东特提斯东缘地区的四川盆地,在距今2亿年左右的晚三叠世,在整体温暖湿润气候背景下,存在短期的降温事件。这一观点与特提斯西缘诺利-瑞替期欧洲地区同位素地球化学证据所揭示的气候降温事件相一致。另外,这一新发现的木化石具有明显的生长轮,也表明四川盆地在晚三叠世存在显著的季节性气候变化并与当时的巨型季风气候存在一定的关系。
本研究得到国家重点基础研究发展计划项目、国家自然科学基金项目、中科院知识创新交叉合作团队项目和IGCP632项目等共同支持, 相关成果于国际地学综合学术期刊《三古》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)最新一期发表。
论文相关信息:Tian N, Wang Y D*, Philippe M, Li LQ, Xie XP , Jiang ZK , 2016. New record of fossil wood Xenoxylon from the Late Triassic in the Sichuan Basin, southern China and its palaeoclimatic implications. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 464: 65-75 (*corresponding author).
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华南锆石测年精确标定国际地层表瓜德鲁普统底界年龄
中二叠世(瓜德鲁普世)发生了一系列全球重大地质和生物事件。泛大陆由长期稳定的汇聚阶段转入裂解阶段,海平面大幅度下降,海水87Sr/86Sr比值在瓜德鲁普世卡匹敦期达到显生宙最低值,地磁极性由石炭纪晚期到二叠纪中期反向极性超期进入二叠-三叠纪混合极性超期,瓜德鲁普世末期还发生了一次严重的生物大灭绝事件,与之伴随的峨眉山大火成岩省事件被认为与这次生物灭绝有着紧密的联系。阐明这些事件发生的时间和速度需要高精度的中二叠世年代地层框架。但相比二叠纪其它时间段,二叠纪中期年代地层框架的研究却非常薄弱。二叠纪现有的高精度同位素年龄数据几乎都来自乌拉尔统和乐平统,瓜达鲁普统(中二叠统)的高精度同位素年龄数据几乎没有。国际年代地层表中的中二叠统年龄基本上都是依靠内插法估算得出的。
为建立高精度中二叠世年代地层框架,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队张华副研究员、硕士研究生吴琼等,对安徽巢湖孤峰组底部的火山灰进行了锆石U-Pb年代地层学研究。通过对巢湖地区和南京地区栖霞组顶部和孤峰组底部牙形类、?类、菊石和放射虫化石的研究和对比,认为华南瓜德鲁普统底界应该位于孤峰组底界附近。本研究对孤峰组底部包括与栖霞组岩性界线处的三层火山灰进行了SIMS 和CA-ID-TIMS锆石U-Pb测年,获得了两个可靠的TIMS高精度U-Pb年龄数据。其中,位于孤峰组底界的火山灰层TIMS年龄为272.95 ± 0.11 Ma,该年龄是瓜德鲁普世时间段内具有年代地层框架意义的最高精度年龄,这一高精度同位素年龄将作为瓜德鲁普统底界年龄写入最新的《国际年代地层表》中。这是国际年代地层表中同位素年龄值继二叠系乐平统底界、二叠系-三叠系之交和埃迪卡拉系底界等少数几个以后,又一次采用中国剖面的数据。结合此次获得的瓜德鲁普统底界年龄与已有的瓜德鲁普统顶界高精度锆石同位素U-Pb年龄259.1 ± 0.5 Ma,瓜德鲁普统的时间跨度被修订为13.85 ± 0.51 myr。
本项研究得到了国家自然科学基金和中国科学院先导专项的支持,相关成果于近期在国际地学学术期刊《三古》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)在线发表。
论文相关信息:Wu, Q., Ramezani, J., Zhang, H.*(通讯作者), Wang, T.T., Yuan, D.X., Mu, L., Zhang, Y.C., Li, X.H., Shen, S.Z., Calibrating the Guadalupian Series (Middle Permian) of South China, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. http://dx.doi.org/10.1016/j.palaeo.2016.11.011.
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1.3亿年前羽毛β角蛋白的发现使古生物色彩复原更加可信
北京时间11月22日,《美国科学院院报》(PNAS)在线刊登了一篇题为“早白垩世鸟类-始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据”的论文,报道了1.3亿年前羽毛β角蛋白的发现及其中色素体的确认,使古生物的色彩复原更加可信。 相关研究成果由中国科学院南京地质古生物研究所泮燕红博士与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所周忠和院士、山东临沂大学郑晓廷教授、美国北卡罗莱纳州立大学Mary Schweitzer教授等合作完成。
泮燕红等对收藏于山东天宇自然博物馆的一件始孔子鸟类化石标本的羽毛,进行了详细的超微结构分析和生化分析,首次从分子层面证实了β角蛋白和色素体在距今1.3亿年化石中的保存。研究的鸟类化石属于始孔子鸟,该鸟类最早命名于2008年,属于孔子鸟科,代表了早期鸟类演化中最基干的类群之一。始孔子鸟化石目前仅发现于我国河北省的丰宁地区,属于早白垩世,代表了中国境内已知最古老的鸟类化石之一。此外,由于这类鸟类牙齿已经完全退化,发育了角质喙,因此也代表了最早具有角质喙的鸟类。河北丰宁的鸟类化石不仅时代古老,仅次于世界上最古老的鸟类-始祖鸟,而且还以保存精美的羽毛而著称。
研究者将采自该化石标本的8个羽毛样品在南京古生物所进行前处理,随后分别进行了扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察,结合免疫荧光、免疫电镜等生化方法,以及超高分辨率的元素能谱分析。同时与现生鸡的羽毛在超微结构、生化反应、色素体元素能谱分析的结果等方面进行了逐一对比,证实了在化石羽毛中确实含有残留的β角蛋白。由于以往报道过β角蛋白的化石标本的时代都来自晚白垩世(不早于7500万年),因此此项工作把β角蛋白能够保存的时代往前推进了至少5000万年。
现生鸟类具有五彩缤纷的颜色和色彩,主要取决于羽毛具有的色素体以及羽毛内部的结构。而羽毛的色素种类也有多种,例如,球状的棕黑色素,棒状的真黑色素等,两者大小约为1微米左右,它们均由黑色素细胞产生,黑色素颗粒可随羽毛的形成进入到羽毛的不同部位,从而与羽毛的内部结构等因素一起决定羽毛不同的颜色。
科学界对化石鸟类和恐龙羽毛颜色的认识经历了颇为曲折的过程。早在上个世纪80、90年代古生物学家将鸟类化石羽毛中的色素体状的结构首先鉴定为细菌,认为细菌参与了羽毛化石的保存过程。2008年,美国耶鲁大学的Jakob Vinther等人首次提出过去鉴定的鸟类化石羽毛中的“细菌”实际上是羽毛的色素体。2010年我国学者张福成等人首次报道了带羽毛恐龙的羽毛中色素体的保存。近年来学术界开展了大量古鸟类、带羽毛恐龙等不同类群生物化石色素体的研究,为恢复灭绝生物羽毛等器官的颜色和色彩开辟了一个全新的领域。
然而,以往对化石羽毛色素体的分析还主要局限于微观形态学的对比,以往化学分析手段也未能精准把色素的信号原位标定到色素体上。由于色素体本身无论在大小和形态学方面与细菌都十分相似,因此有学者指出,如何用化学方法准确区分色素体与微生物变得十分必要。基于这样的争议和问题,泮燕红等采用了多种化学和分子技术分析方法,其中免疫电镜和超高分辨率的元素能谱分析,都是第一次应用到化石分析中,实现了化学信号在纳米级别的原位标定。他们的研究结果不仅首次在距今1.3亿年化石中证实了β角蛋白的保存,而且也验证了羽毛化石中以往颇具争议的纳米级的微体结构被β角蛋白包裹,确实为羽毛的色素体,排除了细菌的可能性。此项研究对今后更好地认识远古化石中的软组织结构、化石分子的保存以及羽毛超微结构的演化都具有重要的意义。
此项研究得到了国家科技部,国家自然科学基金委和中国科学院等的支持。
论文相关信息:
Yanhong Pan, Wenxia Zheng, Alison E. Moyer, Jingmai K. O’Connor, Min Wang, Xiaoting Zheng, Xiaoli Wang, Elena R. Schroeter, Zhonghe Zhou, and Mary H. Schweitzer. Molecular evidence of keratin and melanosomes in feathers of the Early Cretaceous bird Eoconfuciusornis. PNAS, Doi:10.1073/pnas.1617168113.
境外媒体相关报道:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-11/caos-bdi111816.php
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-11/ncsu-kam111816.php
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3957800/Dinosaurs-finally-true-colours-Oldest-red-pigment-130-million-year-old-feather.html
https://www.sciencenews.org/article/cretaceous-bird-find-holds-new-color-clue
http://www.upi.com/Science_News/2016/11/21/130-million-year-old-bird-fossil-yields-keratin-melanosomes/3341479762174/
http://www.scmp.com/news/china/policies-politics/article/2047947/chinese-feather-fossil-suggests-answer-130-million-year
https://www.washingtonpost.com/news/morning-mix/wp/2016/11/22/this-ancient-chinese-bird-kept-its-feathers-and-colors-for-130-million-years/
http://www.csmonitor.com/Science/2016/1122/What-color-was-this-dinosaur-Keratin-discovery-yields-long-lasting-clues
https://cosmosmagazine.com/archaeology/feathered-fossilised-friend
境内媒体相关报道:
新华社:http://news.xinhuanet.com/politics/2016-11/22/c_1119961512.htm
中新社:http://www.chinanews.com/cul/2016/11-22/8071448.shtml
《参考消息》http://www.cankaoxiaoxi.com/science/20161123/1453457.shtml
《科技日报》http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2016-11/22/content_355107.htm?div=-1
《新华日报》http://js.xhby.net/system/2016/11/22/030092064.shtml
《南京日报》http://njrb.njdaily.cn/njrb/html/2016-11/22/content_441318.htm?div=-1
《现代快报》http://dz.xdkb.net/html/2016-11/22/content_447757.htm
《东方卫报》http://dfwb.njnews.cn/html/2016-11/22/content_21656.htm
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海洋酸化可能是导致二叠纪末海洋生物大灭绝的元凶
距今2.52亿年前的二叠纪末期,发生了地球演化史中最严重的一次物种大灭绝事件。在前后6万年时间内,多达80%以上的海洋生物和约75%的陆地生物忽然消失,整个海洋、陆地生命损失惨重。关于当时为何发生物种大灭绝,科学家倾向于认为,大规模火山喷发可能是导致陆地、海洋生物灭绝的主要原因。但在大灭绝期间海水是否存在酸化并影响到海洋生物的生存,此前一直缺乏直接证据。
海洋底栖生物矿化作用如钙质壳的形成等,与海水的物理化学性质如温度、盐度、含氧量、酸碱度等有密切的关系。南京古生物所外籍博士后Claudio Garbelli等最近对二叠纪末生物大灭绝前和大灭绝期间腕足动物钙质壳纤维结构变化进行了研究。结果发现在大灭绝层位,小嘴贝大类腕足动物壳第三层柱状层往往不发育,壳质纤维体变小。而扭月贝大类的柱状层和纤维大小并未发生变化,最终这一大类中长身贝目、直形贝目、石燕贝目等古生代主要类群在此次事件中全部灭绝。
通过与现代不同环境腕足类的壳质变化进行比较,研究人员推断当时大灭绝层位很可能存在海洋酸化的现象。小嘴贝大类的壳质纤维小型化使其更加能适应恶化的海洋环境,并最终渡过难关。
相关成果近期在线发表在国际地学知名期刊Geology。
论文相关信息:Garbelli, C., Angiolini, L., Shen, S.Z., Biomineralization and global change: A new perspective for understanding the end-Permian extinction, Geology, doi:10.1130/G38430.1.
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南京古生物所宣传片-探秘地球万卷书正式发布
经过半年多的筹备和拍摄制作,南京古生物所视频宣传片《探秘地球万卷书》于近日正式发布。
南京古生物所成立于1951年,作为中国从事古无脊椎动物学、古植物学和地层学研究的专业机构,被国际同行誉为“世界三大古生物学研究中心”之一。先后有14位科学家当选为中国科学院院士,50多位专家在国际学术组织中担任主席、副主席、选举委员等职。
研究所目前主要开展地层古生物学的基础研究,应用基础研究和科学传播。在早期生命与寒武纪大爆发、生物起源-辐射-灭绝与复苏、全球年代地层标准等方向上取得重大成果,获国家自然科学一等奖等重要成果奖励。同时面向国家需求,对中国化石能源和沉积矿产地层开展应用基础研究,并致力于提高全民科学素质,科学传播成绩斐然。
宣传片拍摄期间得到了云南澄江县政府、澄江化石地世界自然遗产管理委员会,浙江长兴县旅游局、长兴地质遗迹国家级自然保护区、常山国家地质公园,安徽休宁县等有关单位的大力支持和帮助。
本宣传片由南京电视台专题部封丽导演制作。南京古生物所相关专家学者、工作人员、研究生以及(按视频出场顺序)印度萨尼古植物研究所Santosh Pandey博士,国际古昆虫学会主席、黎巴嫩大学Dany Azar教授,黎巴嫩大学Sibelle Maksoud博士,美国地质学会主席、加州大学戴维斯分校Isabel Montanez教授,英国梅德斯通博物馆Edmund Jarzembowski教授,美国科学院院士、哥伦比亚大学Paul Olsen教授,以色列希伯来大学Aharon Oren教授,英国自然历史博物馆Paul Taylor教授,美国科学院院士、加州大学洛杉矶分校James Schopf教授,英国古生物学者Joseph Botting博士、Lucy Muir博士,波兰科学院地质研究所Arkadiusz Derkowski 副所长、Piotr Krzywiec副教授等外籍专家为本次宣传片的制作拍摄提供了协助。
借此机会,再次感谢国家科技部、自然科学基金委、国土资源部、中国科协、中国科学院、江苏省和南京市人民政府以及社会各界对本所长期一贯的关心和支持!感谢国内外各兄弟单位和个人的支持与合作。