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你最爱吃的“蛄蛹者”，找到了5.35亿年前的老祖宗！
近日，来自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、德国慕尼黑大学和自然资源部第一海洋研究所的科研人员组成的国际团队，在《美国科学院院刊》上发表了一项突破性研究。他们在陕西南部的寒武纪幸运期（约5.35亿年前）的“宽川铺生物群”中，发现了可靠的环节动物实体化石。在生命演化的漫长历程中，有一类看似不起眼的无脊椎动物，早已遍布地球的泥土与海洋。从花园里松土堆肥、钓鱼时当作诱饵的蚯蚓，再到能拌饭的海肠、做成小吃的土笋冻，还有埋伏在田间地头、会吸血的蚂蟥……这些小生物的生存环境和习性大不相同，但都属于同一个生物类群：环节动物环节动物出现在我们生活中的各个角落（图片来源：作者提供）环节动物是地球上物种最丰富、分布最广的动物家族之一，全球已知种类超过20000种。从深海泥沙到农田水洼，从热带雨林到极地冰原，几乎到处都能找到它们的身影。虽然环节动物形态各异，生活方式也大不相同，但大部分都有一个共同的特征：身体柔软、分节，像一串小环扣在一起，体内没有骨骼，而是靠蛋白质构成的表皮进行支撑。左侧为分子生物学推测的现生环节动物的内部关系，据Brusca et al. (2023)。右侧为代表性的环节动物（图片来源：作者提供）。这样的结构，让环节动物“无欲则刚”：身体分节使它们运动更灵活有效，局部受损不影响整体存活。然而，这个庞大的家族却一直让古生物学家头疼不已：它们身体柔软，表皮主要是蛋白质，死后很快就会腐烂消失，很难留下完整的“遗照”。那么问题来了：我们怎么知道环节动物是什么时候出现在地球上的呢？化石“悬案”：环节动物何时登场？在过去很长一段时间里，古生物学家只能靠一些“硬骨头”寻找蛛丝马迹。环节动物虽然没有骨骼，但是具有虫颚（嘴巴上的坚硬结构，牙齿）和栖管（分泌的管状外壳）等结构，相较而言还是比较坚硬的，可以用来寻找环节动物的踪迹。至于那些能反映它们完整形态的软体结构，就需要更大的运气才行了，只有在极少数特殊保存条件的“化石宝库”中才能看到。根据分子生物学的研究，环节动物的起源或许可以追溯至寒武纪之前的埃迪卡拉纪，也就是比距今约5.39亿年更早的时期。可是由于身体结构的特点，环节动物最早的可靠实体化石证据，全部来自寒武纪第三期（约5.21亿年前）及更晚的布尔吉斯页岩型化石库，如我国的澄江生物群、小石坝生物群等。分子生物学推断的起源时间与实体化石记录之间，存在一个巨大的时间空白。我国科学家此前在云南省发现的寒武纪早期丹尼多毛虫（Dannychaeta tucolus）复原图，是当时已知的现生（冠群）环节动物支系的最早化石记录（图片来源：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2384-8）所以，在距今约5.39亿至5.21亿年前（即寒武纪纽芬兰世），环节动物是否已经出现在地球上了？这个问题一直悬而未决。悬案的转机，出现在陕西南部的大山深处。大山深处的新发现近日，来自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、德国慕尼黑大学和自然资源部第一海洋研究所的科研人员组成的国际团队，在《美国科学院院刊》上发表了一项突破性研究。他们在陕西南部的寒武纪幸运期（约5.35亿年前）的“宽川铺生物群”中，发现了可靠的环节动物实体化石。岩石样品采集现场. 箭头指向采样点. 左一为咸晓峰博士（图片来源：作者提供）研究团队一共描述了7枚标本，它们只有数毫米大小，以磷酸盐内核的形式保存。这些标本代表部分躯干，缺少头和尾。磷酸盐内核复刻了被表皮包裹的体腔及附肢内腔的整体形态，缺少表皮相关的结构。躯干有明显的分节，每个分节上有一对侧面或侧腹面的附肢。这些标本在细节上略有差异，有些是这样的：第一组化石标本的扫描电子显微镜照片（图片来源：作者提供）有些是这样的：第二组化石标本的扫描电子显微镜照片（图片来源：作者提供）看到这些化石的图片，你很可能会有这样的疑问：如何确定它们就是环节动物的“祖先”，而不是其他动物甚至是微生物呢？答案的关键，就在于它们那分节的躯干和细小的附肢。躯干分节并发育成对的附肢是泛节肢动物（如水熊虫和昆虫）、环节动物和四足动物（如青蛙）的特征。然而，这些化石的附肢末端二分叉，形成两个叶状突起，这与现存的环节动物，尤其是沙蚕和浮蚕等多毛类环节动物的“双叶型疣足”极其相似。这种位于两侧的肉质突起结构，就是环节动物的“脚”，是它们重要的运动器官。此外，附肢末端的两个叶状突起，恰好对应环节动物疣足的“背叶”和“腹叶”。这些特征不仅证明了化石确实是环节动物，也意味着在现生环节动物的最晚共同祖先出现之前，“躯干分节+双叶型疣足”这样的结构很可能就已经出现，并一直保留到今天。“小短腿”和“大长腿”根据附肢与其对应体节的相对长短，研究团队把发现的化石分成了两个新物种，让我们通过视频来看看它们的区别。短腿宽川铺虫（Kuanchuanpivermis brevicruris）：附肢比其对应体节短，对应上文中的第一组图片。短腿宽川铺虫, 正模标本（视频来源：团队提供）长腿张家沟虫（Zhangjiagoivermis longicruris）：附肢比其对应体节长，对应上文中的第二组图片。长腿张家沟虫, 正模标本（视频来源：团队提供）这两类小小的环节动物，尽管保存在同一个剖面，但可能展示了两种截然不同的生活方式：短腿宽川铺虫：疣足短小，与现代营底栖生活的沙蚕类似，推测它可能同样营底栖生活。长腿张家沟虫：疣足细长，与现代营浮游生活的浮蚕惊人相似，推测它同样能够游泳，在水中过浮游生活。如果说对长腿张家沟虫的推测是正确的，它将顺利登上“已知最早的浮游型环节动物”的宝座，挑战了过去普遍认为浮游型环节动物出现得比较晚的认知。长腿张家沟虫（F–J）与现生的浮蚕类环节动物对比图（图片来源：作者提供）当然，不管是底栖还是浮游，这些小家伙的运动速度都不会太快。原因很简单：它们身长只有几毫米，实在太小了。在这一微小尺度下，水的黏性阻力会非常显著（低雷诺系数）。它们在水中移动就就像人在胶水里游泳一样，行动会非常迟缓。为什么这个发现如此重要？短腿宽川铺虫与长腿张家沟虫的发现，绝非只有“找到最早的环节动物化石”这么简单，其科学意义体现在多个方面：1.大幅提前了环节动物可靠的化石记录此前，已知最早且可靠的环节动物化石记录来自寒武纪早期，年代大概为5.18亿年前。此次研究将这一记录提前到了寒武纪最早期，约5.35亿年前，向前推了1700万年左右。2.证实环节动物在寒武纪最早期就已开始分化，浮游类型可能出现短腿宽川铺虫与长腿张家沟虫分别代表了寒武纪最早期两种不同的生态类型，表明此时环节动物已经开始了分化。其中，长腿张家沟虫与现生浮蚕类的疣足形态相似，可能代表了营浮游的生活方式，要早于传统认识的时间。3.支持多毛类是环节动物的原始形态传统上，环节动物分为多毛类（沙蚕、浮蚕）、寡毛类（蚯蚓）和蛭类（蚂蝗）。这项研究指出最早的环节动物在形态上类似今天的多毛类，支持了多毛类的形态可能是环节动物的祖征。生活在深海之中的浮蚕。根据分子生物学，科学界主流观点认为现存的多毛类环节动物是并系群关系，即它们是多毛类最晚共同祖先的部分后代。此次发现支持了此观点（图片来源：Wikipedia)4.与分子生物学的研究相吻合分子生物学研究曾提出“多毛类是并系”的假说（即多毛类不是一个自然的单系群，而是包含了非多毛类的类群）。这项化石发现为这一假说提供了重要的古生物学证据。最新的化石发现也带来了全新的科学问题：环节动物在寒武纪最早期就已经开始分化，那么在更古老的埃迪卡拉纪（距今6.35亿至5.39亿年），它们是否已经存在？更古老的“祖先”又有着怎样的身体结构，是否演化出适应不同环境的能力？这些问题，仍等待着更多的化石发现来回答；而新的化石，也将继续为我们讲述生命演化的传奇故事。作者：张华侨、咸晓峰、刘芸作者单位：中国科学院南京地质古生物研究所

2026-04-21
称霸海洋1亿年，子孙繁盛时却突然灭绝
在4亿多年前的地球海洋中，有一种生物曾经多到能形成“化石富集层”。它们就是腕足动物中的无洞贝。腕足动物是古生代海洋的优势类群，无洞贝目是其中的主要代表。它们从4.7亿年前出现，到3.7亿年前消失，在海洋中繁荣近1亿年。它们数量多、分布广，是那时海洋中的绝对主角。腕足动物化石（图片来源：“学习强国”保山学习平台）然后，在3.7亿年前，它们彻底灭绝了，明明物种数量接近巅峰，却在一次生态危机中直接全军覆没。诡异的是，这并非无洞贝第一次面临生死考验。早在4.4亿年前的晚奥陶世大灭绝中，当时“人丁稀少”的它们反而挺了过来。那次灭绝消灭了地球上85%的海洋物种，环境剧变程度远超3.7亿年前的晚泥盆世灭绝。腕足动物复原图（图片来源：澎湃新闻）这就产生了一个诡异的灭绝悖论：为什么少的时候活下来，多的时候却死绝？中国科学院南京地质古生物研究所黄冰团队的新研究，从1700多块化石中找到了答案：繁盛本身，可能就是致命的陷阱。无洞贝化石（图片来源：南京古生物所）如何解密1亿年的演化史破解这个悖论，需要换一种数化石的方式。黄冰团队收集了大量无洞贝化石记录，筛选出1700余条高精度数据，提取了159个核心属的47个形态特征（包括壳表装饰，壳体轮廓，凸度，壳内部腕螺，主基，铰齿等）。这些细节，记录了它们的“生存策略”。研究团队构建了一个“形态空间”的概念。你可以想象成一张多维地图，每个点代表一种无洞贝的形态。然后，他们追踪这张地图如何随时间变化。结果令人惊讶：无洞贝的多样性（物种数量）与形态差异度（演化创新能力），在大部分时间里是“脱钩”的。正是这种脱钩，把它们推向了灭绝。无洞贝分类学多样性与形态差异度的脱耦（图片来源：南京古生物所）无洞贝形态空间的内部结构与时间动态（图片来源：南京古生物所）从起源到灭绝，它们只走了三步现在，我们来看看无洞贝是如何一步步走向灭绝深渊的。No.1 第一步，晚奥陶世-志留纪早期在演化早期，无洞贝虽然种类不多，但“脑洞很大”。它们快速演化出背向腕螺、腕锁等核心结构，形态差异度极高，在形态地图上占据广阔的“疆域”。正是这种底层的演化创新力，它们没有把所有筹码押在一种形态上，这种灵活性帮助它们在第一次大灭绝中顺利“渡劫”。演化出背向腕螺、腕锁等核心结构（图片来源：南京古生物所）环境指标与无洞贝宏演化动态的协变模式（图片来源：南京古生物所）No.2 第二步，志留纪-中泥盆世进入志留纪后，随着全球变暖与浅海环境的拓展，无洞贝迎来了分类学上的爆发，属种数量大幅攀升。然而，多样性大幅增加，形态演化却“躺平”了。这时形态地图上的点密密麻麻——看似繁荣，但仔细看，这些点挤在一起，并没有本质性的区别。进入早、中泥盆世，大量新出现的物种，只是在壳的装饰、褶皱上做“表面微调”，没有真正的创新，大量相似物种挤在接近的生态位里，制造出“极度繁荣”的假象。这就是典型的“高多样性陷阱”。更糟糕的是，这种“内卷”持续了数千万年——足够让整个类群丧失应对意外的能力。无洞贝形态演化综合分析，揭示其走向加剧特化与脆弱性的演化轨迹（图片来源：南京古生物所）No.3第三步，晚泥盆世为了更加“舒适享受”特定环境，无洞贝类群走上了极端“特化”之路。有的演化出极其夸张的刺、延伸的褶边和超凸的壳体。这些形态在稳定环境中是优势，但在形态地图上，它们已经退到了角落——没有退路，没有备选方案。这种“把所有鸡蛋放在一个篮子里”的演化方式，彻底耗尽了最后的演化潜力。当晚泥盆世气候剧变时，没有任何调整空间的无洞贝，尽管拥有庞大的属种基数，却无法在短时间内做出有效的适应性改变，最终挡不住走向全军覆没的命运。简单说就是一句话：分类学上的“物种多”，不等于演化上的“韧性强”。只数物种名录，看到的是虚假繁荣；真正决定生死的，是形态创新能力、功能多样性、演化可塑性。无洞贝的悲剧，不是输在“不够多”，而是输在“只会内卷，不会创新”。穿越4亿年的警示：超越数字的保护这项研究发表于《地球与行星科学快报》，但其意义远超古生物学。当下生态保护中，“物种数量”是核心指标。但无洞贝的灭绝警示我们：只数名录，不看功能，可能是在制造脆弱的繁荣。人工繁育的濒危鱼类：为快速提升数量，选择亲缘关系近的亲本繁殖。短期内鱼苗激增，但遗传多样性下降，形态功能趋于同质化。放归自然后，面对环境变化往往缺乏适应能力——这正是无洞贝“内卷期”的现代翻版。单一树种的人工林：为提升森林覆盖率，大规模种植松树等单一树种。看似“绿色繁荣”，实则树龄、形态、生态需求高度一致。一旦遭遇松材线虫或气候突变，整片森林可能迅速崩溃——数量繁荣，功能脆弱，与晚泥盆世的贝壳层何其相似。真正的安全，不在于物种多寡，而在于创新的活力。4亿年前的海洋霸主用生命证明：只会内卷，不会创新，繁荣本身就是致命的。作者：黄冰、刘芸作者单位：中国科学院南京地质古生物研究所

2026-04-21
在湖南的小山村里，我们发现了一个惊人的秘密……
近日，中国科学院院士、中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎带领的科研团队联合湖南省博物馆等多家单位在湖南湘西发现了寒武纪关键时段全球顶级软躯体化石群——花垣生物群，为你解开这些谜题，该成果于北京时间1月29日发表在英国《自然》（Nature）杂志。5亿多年前，地球生命演化史进入了最激动人心的时刻——寒武纪生命大爆发，几乎现在地球上所有动物的祖先在海洋中突然出现。从此，一段波澜壮阔的生命演化史诗正式在地球上演。隐生宙与显生宙地球生命起源于距今40‒38亿年前。早期地球生命主要以微生物主导，我们看不见这些生命，所以，称其为“隐生宙”。自5亿多年前的寒武纪开始，地球生命开始转变为动物主导，我们可以看得见明显的生命痕迹，故称之为“显生宙”，一直持续至今。寒武纪生命大爆发复原图（杨定华绘制）然而，显生宙第一次全球性生物大灭绝事件——辛斯克事件的发生，打断了这场生命的辉煌，无数早期动物悄然消失，有41%-49%属一级的生物被永远抹去，其生物灭绝规模仅次于2.52亿年前的二叠纪末生物大灭绝。长期以来，科学家对这场灾难的认知，主要来自浅海生态系统中具骨骼和壳体等硬体的常规化石。然而，这些都只是这场灾难的一小块拼图。如果想全面还原这场灾难的全貌，必须找到当时占据海洋生物多样性大半壁江山的软躯体动物。小壳化石（团队供图）什么是软躯体动物？软躯体动物，就是指身体没有坚硬内骨骼或外骨骼支撑，主要依靠体壁肌肉、体腔液压力，或是胶质、软组织来维持形态的动物类群。比如：我们熟悉的水母、海葵、章鱼、海参……（感觉都是不用剥壳、肉还多的海鲜！）当然，最好 “吃” 的还在下面↓。奇虾复原图（杨定华绘制）寒武纪的 “头部明星” 奇虾，也是软躯体动物。它的身体主体由柔软的肌肉组织构成，既没有脊椎骨，也没有坚硬的外骨骼。虽说口器和附肢带有一定硬度，但那只是几丁质薄膜或钙化突起，压根起不到支撑身体的作用，完全符合软躯体动物的核心特征。所以，如果奇虾能活到现在，让我在它和龙虾、皮皮虾之间选一个，我首选奇虾 —— 毕竟不用自己或者其他人费劲剥虾壳啊！然而，一直以来，科研人员都没有找到相关软躯体动物的化石记录，这些软躯体动物究竟经历了什么？灭绝后的海洋到底是什么模样？长期以来都是科学界的未解之谜。而谜底，就藏在湖南湘西的一个小山村。湖南省湘西土家族苗族自治州花垣县磨子村（团队供图）近日，中国科学院院士、中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎带领的科研团队联合湖南省博物馆等多家单位在湖南湘西发现了寒武纪关键时段全球顶级软躯体化石群——花垣生物群，为你解开这些谜题，该成果于北京时间1月29日发表在英国《自然》（Nature）杂志。“顶级软躯体动物化石群”到底是什么样子2020年，磨子村的一次机耕道修建，露出了寒武系杷榔组的新鲜地层剖面。2021年初，湖南省博物馆馆员刘琦在这个剖面上发现了软躯体动物化石，随即将化石标本交给朱茂炎研究员团队研究。有着30余年中国寒武纪特异埋藏化石群的发掘和研究经验的朱茂炎团队，收到化石标本线索后，迅速意识到这些化石来自一个深水环境下的软躯体化石群，时代属于寒武纪第四期，正是显生宙第一次生物大灭绝之后的空白期，科学意义十分重大。 1.高化石丰富度在当地政府的大力支持下，团队持续开展系统性的野外化石发掘工作。五年来，团队从相当于篮球场大小、约四层楼深的单一采坑中，采集到超过5万件化石。挖掘现场（团队供图）2.高软躯体保真度由于花垣生物群属于保存有大量软躯体动物的典型特异埋藏化石群，因此，生物群的面貌得以完整地保存。顶级的软躯体保真度相当高（团队供图）科研人员发现这里不仅保存了完整动物个体，还保存许多全身软躯体的动物，很多化石上能清晰看到肠道等消化系统、以鳃为代表的呼吸器官，甚至还有视神经组织那样的精细结构，这为复原早期动物的身体结构提供了宝贵证据。精细结构（团队供图）3.高物种多样性从挖掘的化石中，科研人员识别出153个物种，近六成是全新物种，同时，展现出很高的门类多样性，涵盖16个门一级动物类群。单一采坑的物种多样性超过著名的中国澄江动物群以及加拿大布尔吉斯页岩生物群的经典采坑。令科研人员感到惊奇的是，花垣生物群已发现的躯体动物物种中，既有来自云南的“老乡”，也有本应在北美的“外国人”。这里发现了来自750公里外中国云南关山生物群占主导的奇虾类，还有加拿大布尔吉斯页岩生物群中的多种代表性动物，比如马尔虫、西德尼虫等，而那个时期的华南和北美之间被大洋隔开了相当于半个地球的距离。这些运动能力、生态类型、生活史等不同的动物在花垣生物群中的存在，表明该时期寒武纪海洋动物存在长距离跨洋扩散的机制。（团队供图）4.复杂生态系统除了物种多样性高，花垣生物群作为一个深水生物群，还展现出复杂的食物网结构。这里有当时海洋的顶级掠食者奇虾，也有固着滤食、游泳浮游的各种生物。尤其是樽海鞘这样浮游滤食动物的出现，意味着当时海洋可能已经具有类似现代海洋那样的“生物碳泵”，影响着全球碳循环。（团队供图）花垣生物群的高化石丰富度、高物种多样性、高软躯体保真度以及复杂生态系统，满足了顶级软躯体化石群的标准，截至目前，花垣生物群中软躯体化石多样性居全球第三。国际同行评审、软躯体化石群研究专家Robert Gaines教授将花垣生物群评价为媲美澄江动物群、布尔吉斯页岩的世界顶级寒武纪特异埋藏化石群。花垣生物群生态复原图（杨定华绘制）大灭绝事件中的深水“避难所”在寒武纪的海洋中，绝大多数保存完好的软躯体化石群都生活在浅水地区，而花垣生物群却来自深水地区，这一独特的“深水视角”，为我们理解地球早期生命演化中的一次重大挫折——辛斯克事件，提供了全新的线索。在华南地区，与花垣生物群同时期、但生活在浅水环境的关山生物群里，那些在更早的“澄江动物群”中繁荣一时的生物，比如奇特的纳罗虫和原始管虫，已经绝迹了。然而，在同期华南的外陆棚深水区，这两种生物不仅在灭绝事件前的牛蹄塘生物群中出现，更是灭绝事件后花垣生物群里的优势物种。这一鲜明的对比揭示了一个关键事实：辛斯克灭绝事件对浅水生态系统打击沉重，但对深水生物的影响却小得多。深水，可能为生命提供了重要的避难所。为了深入揭示花垣生物群的全球性意义，科研团队对全球45个寒武纪时期的“布尔吉斯页岩型”软躯体化石群进行了大数据分析。分析结果显示：辛斯克事件如同一个风水岭，其前后的生物世界发生了显著的改变。这意味着，这场灭绝事件确实重塑了寒武纪的海洋生命格局。更有趣的是，分析发现花垣生物群与远在加拿大布尔吉斯页岩生物群关系密切。它们有一个至关重要的共同点：都位于外陆棚深水环境。这强有力地暗示，在显生宙第一次大灭绝中，浅水环境生物所受的打击是毁灭性的，而深水环境不仅成为避难所，还是生命演化创新和全球扩散的发源地。结语花垣生物群作为显生宙第一次生物大灭绝之后的顶级特异埋藏化石群，填补了大灭绝后关键时段顶级软躯体化石群空白，首次揭示了这次大灭绝事件对深水生物群的影响，以及全球海洋生态系统发生的重大转变。它的发现让人们了解到，即使在最严酷的全球灾难中，生命依然能在某些“避难所”中续存，并激发演化创新和快速扩散。（团队供图）而科研团队对远古时期的生命大爆发和大灭绝的研究，不仅能够揭示生物多样性的演化规律，更能科学地审视当今人类活动可能引发的全球生态危机。参与本次研究的部分科研人员左起：朱茂炎、赵方臣、曾晗、刘琦（团队供图）作者：曾晗盛捷作者单位：中国科学院南京地质古生物研究所学术指导：朱茂炎赵方臣

2026-04-21
点进来看4.36亿年前的“社恐“长啥样→
想象一下，在4.36亿年前寂静的志留纪海洋底部，一群看似“钉”在海底、无法移动的小贝壳，竟然像经验丰富的空间排列师一样，彼此间保持着精准的距离，组成一幅井然有序的“棋盘”图案。想象一下，在4.36亿年前寂静的志留纪海洋底部，一群看似“钉”在海底、无法移动的小贝壳，竟然像经验丰富的空间排列师一样，彼此间保持着精准的距离，组成一幅井然有序的“棋盘”图案。更不可思议的是，它们维持这份“社交距离”的秘诀，竟然藏在一身细密的“毛发”里。贵州深山的远古发现在贵州桐梓、仁怀的群山之中，中国科学院南京地质古生物研究所研究员黄冰与中国科学院院士、南京古生物所研究员戎嘉余在这里发现了一类名为遮隐核螺贝（Nucleospira calypta）的无窗贝类腕足动物化石居群。腕足动物是一类生活在海洋中的具有贝壳的动物，虽然外形和双壳类动物（如蛤蜊、牡蛎等）非常相似，但两者有着本质的区别。腕足动物具有背腹对称性，这意味着它们的两片壳在形态和功能上是不相等的；而双壳类动物具有左右对称性，这意味着它们的两片壳（左壳和右壳）在形态上通常是镜像对称或非常接近的，大小和形状基本相等。腕足动物的化石（图片来源：Digital Atlas of Ancient Life）腕足动物曾经在古生代海洋中极为繁盛，然而在约2.5亿年前的二叠纪末大灭绝中遭受巨大打击，后经多次大灭绝后逐渐衰退，现生种类仅约300种，如今在海洋中已经很难见到它们的身影。而这次发现腕足动物化石格外珍贵——它们是原位埋藏的！这意味着它们几乎完美保留了生命最后一刻的姿态和相对位置，如同一幅凝固了4.36亿年时光的生态快照，为科学家窥探远古生物群落的真实生活状态打开了独一无二的窗口。化石保存的奇迹一般来说，像毛发、羽毛这类柔软精细的结构，在漫长的地质岁月中极难保存，尤其是在寒武纪之后的海洋生物软体构造化石里更是凤毛麟角。然而，这次贵州的化石却带来了双重惊喜：不仅保留了腕足动物本身，更极其罕见地保存了它们外套膜边缘生长的“刚毛”结构！刚毛是什么？你可以理解为这些腕足动物从贝壳边缘“长”出来的、细长而柔韧的“毛发”。它们直径仅有约20微米（相当于人类头发直径的1/3—1/4左右），在化石中能保存下来堪称奇迹。遮隐核螺贝及其由氧化铁保存的刚毛; A-D：腹壳内模及局部放大示刚毛; E-H：扫描电镜与能谱分析图（图片来源：参考文献[1]）研究团队通过扫描电镜（SEM）观察超微细节，X射线荧光光谱（XRF）分析元素组成，显微CT（Micro-CT）进行三维立体重建，将这些微米级的刚毛形态清晰地复原出来。借助仪器分析，他们破解了其保存之谜：原来，在远古缺氧的海底环境中，这些刚毛首先在缺氧环境下仿佛经历了一场自然的“矿化置换”手术，其原本的有机成分被微生物和化学反应一点点替换成了黄铁矿；随后，在弱酸性的沉积条件下，又被钙质外壳像琥珀一样包裹起来，阻止压实与氧化。这种双重保护机制，使得刚毛即使经历了亿万年的地质变迁，其微观形态依然得以完整留存（下图中F），为后续研究提供了坚实的物质基础。遮隐核螺贝保存于矿化层下的刚毛形态(A-F); 及其显微结构(F-H)与显微CT三维重建(I-K)（图片来源：参考文献[1]）棋盘阵型的奥秘拥有了保存完好的化石个体和罕见的刚毛证据，研究团队将目光投向了整个居群的空间格局——这些化石真的是随意散落在海底的吗？利用空间点格局分析的专业工具——最近邻分析(NNA) 和泰森多边形(Thiessen polygons)等方法，研究人员对化石的分布进行了“解码”。结果令人惊讶：这些腕足动物的分布并非随机杂乱！数据显示，它们呈现出了统计学上显著的、类似棋盘状的非随机、均匀分布模式（下图中E）。就像下棋时精心摆放的棋子，个体之间保持着一种微妙的、相对均等的间距。遮隐核螺贝的原位埋藏化石居群及其XRF分析元素分布(A-D); 其空间分布的泰森多边形分析(E); 以及另一小型集群实例(F)（图片来源：参考文献[1]）而这种精准的“排兵布阵”是如何实现的？奥秘就藏在那些纤细的刚毛里。研究人员分析化石排布，发现了一个关键的定量关系：化石居群中个体之间的平均距离，恰好是它们保存完好的刚毛长度的1.5—2倍，这绝非巧合。遮隐核螺贝的基于化石标本复原的单个个体及其边缘的刚毛(A); 及居群生活状态的生态复原图(B)（图片来源：参考文献[1]）虽然腕足动物通常被认为是固着在海底生活的，但遮隐核螺贝拥有光滑的盘状外壳，且没有肉茎（一种常见的固着器官）。这意味着它们并非完全“焊死”在海底。微弱的洋流，或者它们自身极其缓慢的蠕动（类似现代藤壶的微调），都可能使它们发生毫米级的微小滑动。当两个个体靠得太近时，它们身体边缘伸展的刚毛就会发生接触。这种持续的、令它们“不适”的物理接触，经过长时间的累积效应，就形成了一种无形的排斥力，就像是“社恐”人士面对过度亲近的本能规避。最终，这会促使位置过近的个体发生极其缓慢的位移，直到彼此间的刚毛刚好不再“纠缠”为止。整个居群通过这种缓慢而持续的微调，最终达到了一个个体间互不干扰、空间利用最优化的稳定状态，形成了令人惊叹的“棋盘”阵型。结语贵州深山化石宝库中的这份4.36亿年前的“社交距离”调控术，不仅刷新了我们对古生代海洋生态系统复杂性的认知，也展现了生命演化中无处不在的智慧与精妙。在生命演化的宏大叙事中，那些看似微小、不起眼的形态特征（如几微米粗的刚毛），可能蕴含着极其重要的生态功能，甚至深刻影响着生物居群甚至群落的格局与命运。下一次当你看到贝壳，或许可以想象一下，在那远古的海底，它们或许也曾用纤细的“毛发”，丈量着彼此的世界，谱写着生存的秩序。参考文献：[1] Huang Bing* and Rong Jiayu. 2025. Ancient seabed checkerboard: How setae shaped spatial distributions of Silurian brachiopods. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).https://doi.org/10.1073/pnas.2509354122.作者简介黄冰，中国科学院南京地质古生物研究所研究员刘芸，中国科学院南京地质古生物研究所政务信息宣传主管

2025-07-25
从“冬虫夏草”到“僵尸蚂蚁”：解码虫草的“前世今生”
“冬虫夏草”是真菌寄生蝙蝠蛾幼虫形成的奇特生命体，它所属的线虫草属真菌有300多个物种，其中近三分之一的种类专门寄生蚂蚁。真菌可以入侵蚂蚁肌肉，控制蚂蚁行为：原本在地面上活动的蚂蚁，会被“命令”爬到高处，帮助真菌传播孢子。此时的蚂蚁完全沦为真菌的“傀儡”，被称为“僵尸蚂蚁”。由于化石稀少，科学家一直不清楚线虫草何时出现，又是如何与昆虫“共同演化”的。中国科学院南京地质古生物研究所等，在缅甸1亿年前的克钦琥珀中，发现了两枚保存完好的线虫草化石，揭开了线虫草的早期演化史。01、琥珀“封印”的虫草化石这两枚化石分别名为古蚁古线虫草和塔蝇古线虫草。琥珀如同“时间胶囊”，将1亿年前的场景完整封存：古蚁古线虫草寄生在原始蚂蚁的蚁蛹上，从蚂蚁后胸的腺体开口处钻出；塔蝇古线虫草则寄生在白垩纪的塔蝇科昆虫头上，子实体像根小棍棒，从蝇类的头颈连接处长出。▲古蚁古线虫草的光学显微镜图像（a）与Micro-CT三维重建图像（d，e，i，j），以及与现生线虫草的形态对比（f-h，k）▲塔蝇古线虫草的光学显微镜图像（a-e），以及与现生线虫草的形态对比（f-h）通过显微CT等高精度技术观察，研究团队发现这两枚线虫草化石的内部结构和现代虫草高度相似。古蚁古线虫草的子囊壳（真菌繁殖的关键结构）接近现生的“蜂头虫草分支”，而塔蝇古线虫草的整体形态也与这类虫草几乎一致。这是人类首次发现线虫草寄生蚂蚁幼虫的直接证据。这两块化石不仅记录了线虫草对膜翅目（蚂蚁）和双翅目（蝇类）昆虫的早期寄生，还透露了一个关键信息：当时的原始蚂蚁已经有“育幼行为”，工蚁会通过交哺（嘴对嘴喂食）将可能带有真菌孢子的食物喂给幼虫；当发现幼虫患病后，工蚁又会把幼虫丢出巢穴，避免群体感染。这种“舍小保大”的行为，正是蚂蚁真社会性（最高度组织化的动物社会性）的雏形证据。02、线虫草的“宿主转换史”研究还揭示了线虫草的“宿主转换史”。通过分析现生虫草的寄生关系，研究团队推测，线虫草最早寄生的是鞘翅目昆虫（如甲虫），之后在白垩纪时期逐渐转向膜翅目（蚂蚁）和鳞翅目（蛾子、蝴蝶）。▲线虫草属主要类群的分化时间估计及其祖先宿主特征，不同颜色代表不同宿主类型发生这种转变的关键在于“环境相似性”。鞘翅目、膜翅目、鳞翅目的幼虫，很多都生活在腐木或土壤中，环境相近让线虫草更容易“换宿主”。而白垩纪恰好是这些昆虫的“黄金时代”，鳞翅目（尤其是蛾子、蝴蝶）和膜翅目（蚂蚁）开始繁盛，为线虫草提供了更多的宿主选择。线虫草在白垩纪就已“盯上”了蚂蚁的基干类群，而这类蚂蚁的远亲后代，正是今天线虫草最丰富的宿主类群。03、化石还原亿年前生态画卷这项研究不仅展现了线虫草家族的“曾经模样”，更拼凑出中生代陆地生态系统的生动图景：1亿年前的森林里，原始蚂蚁在育幼，线虫草悄悄操控宿主传播孢子；蛾子、蝴蝶在腐木上产卵，成为虫草的新目标。真菌与昆虫的共同演化已经开始。▲白垩纪时期蚂蚁、蝇类与古线虫草的古生态重建图（杨定华绘制）从琥珀里的“僵尸蚂蚁”，到现代森林中的虫草，线虫草亿万年的演化史告诉我们，每一个物种的演化，都是与环境的“双向奔赴”。真菌选择了昆虫作为宿主，昆虫也在适应中不断进化。论文链接：https://doi.org/10.1098/rspb.2025.0407作者：盛捷罗慈航庄宇辉来源：中科院之声

2025-07-02
这种化石，中国只发现了四块
“一雷惊蛰始。”春雷炸响，万物复苏。蛰伏冬眠的蝎子，悄然出洞，这一幕，或许自四亿年前开始便在陆地上循环上演。蝎子是地球上第一批从海洋走向陆地的节肢动物，但因为化石的稀缺，其演化故事鲜为人知。从海到陆，为啥这种蝎子化石这么少？被称为“海蝎子”的远古生物是板足鲎（hou音同“后”）类（Eurypterida），并不是真正的蝎子，它们在形态上与蝎子十分相似，但亲缘关系较远，与早期蝎子的祖先共同生活在海洋中。目前已知最古老的蝎子化石发现于距今约4.6亿年前的志留纪地层中，这些早期蝎子完全生活于水中，依赖书鳃进行呼吸，与今天的鲎类相似。然而，在加拿大志留纪中期地层中发现的布鲁斯埃拉默蝎（Eramoscorpius brucensis），却为蝎类登陆的关键过渡环节提供了重要线索——它们的步足进化出短跗节，这种结构更适应陆地行走，暗示其可能已具备短暂离水活动的能力，被认为是连接水生蝎类与陆生蝎类的过渡类型。随着蝎类逐渐适应陆地生活，它们的呼吸器官也从书鳃演化为书肺，并发展出气孔和腹板等陆地适应性特征。石炭纪早期的陆生蝎化石记录相对丰富，例如美国宾夕法尼亚州发现的古后棘蝎属（Palaeopisthacanthus）与秀蝎属（Compsoscorpius），均展现出典型的陆生形态结构。然而，进入中生代和新生代后，蝎子的化石记录却变得极为稀少。此时期的陆生蝎化石大多以琥珀包裹的微小个体（仅几毫米至一两厘米）形式保存，而传统岩石地层中几乎难觅其踪，这可能与它们栖息环境（如森林地表）的化石形成条件有关。布鲁斯埃拉默蝎（左、Waddington et al., 2015）和琥珀中的寇里杀牛蝎（右、Xuan et al., 2025）但是，登陆后的蝎子，踪迹就难以捉摸了。迄今为止，中国仅仅发现了四块陆生蝎化石。为什么蝎化石如此稀少？因为蝎化石有“三难：——“发现难、保存难、鉴定难”。发现难：从生物特性来看，蝎子的生物量不是很多，咱们平常想要看到蝎子也不是什么容易的事情，而且小型陆生蝎子化石很容易被忽视。保存难：从埋藏学条件来看，蝎子栖息的环境多是干燥的地带或是水体的边缘，导致它们的尸体容易被风化或侵蚀，恰恰构成了化石保存的"死亡陷阱"。只能通过火山灰的快速覆盖（如意大利“庞贝古城”）、泥岩的快速掩埋等特殊的地质事件才能保存其精细的结构。鉴定难：从研究手段上来看，由于蝎子形态特征复杂，即便蝎化石保存下来了，化石常因保存不全难以归类，让蝎类常被视为研究的“配角”。中国陆生蝎化石的四块“拼图”以上“三难”造成了蝎化石的稀少，因此，科学家发现的每一块蝎化石都弥足珍贵。现在我们就来看看中国古生物学家们发现并研究的这四块蝎化石，看他们是怎么填补中国蝎化石的空白。体型最大的蝎化石——白垩纪（距今1.25亿年）的“龙城热河蝎”近日，中国科学家发现了龙城热河蝎的化石，这也是迄今体型最大的一块陆生蝎化石。2025年，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生宣强、研究员黄迪颖、蔡晨阳与中国地质大学（武汉）黄元耕副研究员合作报道了一只1.25亿年前的蝎子化石。因其发现于热河生物群，且被保存于龙城，故被命名为“龙城热河蝎”。龙城热河蝎的标本保存了纤细的须肢、修长的足部、五边形的胸板，以及标志性的毒刺尾针。科研人员根据这些特征将它归类于杀牛蝎小目（Buthida），但因其缺少毛序和螯肢细节，暂时无法确定它的具体科属。龙城热河蝎化石（现保存于辽宁省朝阳市化石谷博物馆）它特别之处，是其“超标”的体型——接近10厘米的体长，这远超其他中生代蝎类，甚至接近现代某些热带蝎子的尺寸。因此，科学家推测它可能是白垩纪生态系统的“全能型选手”——既是捕食者，也是猎物。它的菜单可能包括昆虫、蜘蛛，甚至小型脊椎动物的幼体；而它自己也可能成为早期鸟类、哺乳动物或恐龙的盘中餐。龙城热河蝎复原图（图片来源：孙捷绘制）这种“双向捕食”的特性，让它成为生态网络中不可或缺的“中间节点”，科研人员称之为“介数中心性”。这种枢纽地位，说明它或许有助于热河生物群内的整个生态网络的稳定性，如果龙城热河蝎灭绝，可能会引发多米诺骨牌般的连锁反应。热河生物群被誉为“20世纪全球最重要的古生物发现之一”，因发现多种特异埋藏化石而闻名于世，包括带羽毛的恐龙、早期鸟类、多样化的哺乳动物、翼龙、节肢动物、植物化石等。长期以来，热河生物群的节肢动物研究以昆虫和甲壳类为主，蝎子却始终缺席。龙城热河蝎的发现，填补了这一空白，这也是中国中生代的第一块蝎化石。已经适应陆地生活的蝎化石——二叠纪（距今约2.98亿年前）的“始蝎”2020年，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生雷晓洁、助理研究员周卫明、副研究员万明礼等科研人员在内蒙古乌达地区“植物庞贝城”发现了一块二叠纪的蝎化石，并归为始蝎属未定种（Eoscorpius sp.）。始蝎化石：部分前腹部、后腹部及步足（图片来源：雷晓洁提供）该标本保存较为完整，头胸甲前中部有一隆起的水滴形中眼丘，螯肢大，触肢长而相对粗壮，掌宽且短，指长；第二对步足保存有胫节距。后腹部体节的长和宽均依次减少。尾节毒囊呈灯泡状，蛰针粗壮，长且弯曲。身体表面有许多丘状小颗粒装饰，表皮上较为精细的结构等都清晰可见，其形态特征介于板足鲎和现代蝎子之间。因此，科研人员推测，三亿年前，蝎子就有毒。标本保存于凝灰岩层中部表明始蝎生活在早二叠世的沼泽森林，可能是树栖捕食者，以昆虫和小型节肢动物为食，表明在那时此类蝎子可能就已经适应了陆生生活。作为生态系统中的食肉捕食者，该蝎子化石的发现，可证明当时的沼泽森林中已有较为丰富的动物量。是研究蝎子从水生到陆生演化过程的关键环节。它的发现，为揭示蝎子的起源和早期演化历史提供了重要证据。最早的陆生蝎化石：泥盆纪（约4.19亿年前）的“纤跗湖北蝎”1990年，在湖北省武汉市汉阳区（曾经汉阳县），来自古生物学家们发现属于泥盆纪的蝎化石，被命名为“纤跗湖北蝎”（Hubeiscorpio gracilitarsis）。纤跗湖北蝎体型较小，体长仅约2厘米，拥有原始的外骨骼结构，附肢纤细，形态特征已经与现代蝎子非常接近。这是迄今为止中国发现的最早的陆生蝎化石，它的发现将中国蝎化石的记录提前了约2亿年，为研究蝎子的早期演化提供了珍贵的材料，也为节肢动物早期陆地适应提供了重要证据。“纤跗湖北蝎”化石（图片来源：Walossek et al., 1990）最早发现的蝎化石：中新世（约2300万年前）的“山东中华蝎”1983年，在山东山旺化石群，中国古生物学家们发现了一块保存完好的中新世蝎化石，被命名为“山东中华蝎”（Sinoscorpius shandongensis）。这块蝎化石的虫体长大于42毫米，宽10.5毫米，与现代蝎子十分相似，说明那时山东山旺可能是一个温带森林环境。它的发现，填补了中国蝎化石的空白，为了解这一时期蝎子的演化提供了重要线索，也揭示了蝎子形态的长期稳定性。“山东中华蝎”化石（图片来源：Hong, 1983）结语从泥盆纪到二叠纪到白垩纪再到中新世，蝎子见证了沧海变桑田，也目睹了恐龙崛起与灭绝，亲历了五次生物大灭绝。在数亿年的演化历史中，蝎子的外部形态一直处于保守状态，始终以毒针为剑，其类似的身体分节以及毒腺结构使其有着“活化石”的称号。随着科研水平的提高，技术手段的进步，古生物学家正在努力的一步步地让更多“沉睡”于岩层中的蝎化石苏醒，绘制它的生命之树，去探索它们从海洋到陆地的生态转型，去研究地球气候与生物群落的协同演化。参考文献：[1] Hong Y. Discovery of a Miocene scorpion from the diatoms of Shanwang in Shandong Province. Bulletin of the Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources. 1983; 8: 17–21 [In Chinese].[2] Walossek D, Li C, Brauckmann C. A scorpion from the Upper Devonian of Hubei Province, China (Arachnida, Scorpiones). Neues Jahrbuch Fur Geologie Und Palaontologie-Monatshefte. 1990; 3: 169–180.[3] Lei X, Zhou W, Wan M, et al. A new scorpion from a Permian peat swamp in Inner Mongolia, China. Proceedings of the Geologists' Association. 2020; 131: 160–167.[4] Wang, H., Braddy, S., Botting, J, et al. The first documentation of an Ordovician eurypterid (Chelicerata) from China. Journal of Paleontology. 2023; 97(3): 606-611.[5] Xuan, Q., Cai, C., Huang, Y., & Huang, D. First Mesozoic scorpion from China and its ecological implications. Science bulletin. 2025.来源：科学大院作者：盛捷黄迪颖宣强

2025-06-25
采到一块神秘的化石，7年后才知道是什么
2018年，中国科学院南京地质古生物研究所的科学家在中国内蒙古与辽宁交界的山区找到了一块化石标本，却完全不知道这是什么，甚至连这块标本属于什么门类都无法确定。研究任务繁重的科学家没有时间对这块标本进行细究，这块标本一直静静躺在南京地质古生物研究所的标本库里。近期，这块化石的神秘面纱终于揭开，它是来自侏罗纪的一种寄生虫——棘头虫。为什么它的身份如此难以确定？与恐龙同一时代的它，又有怎样的故事？图1 道虎沟中的神秘标本寄生虫演化史里，中生代最神秘寄生虫是一类常见且危害性极大的生物，它们以宿主为生，通过吸取营养或控制宿主行为等方式生存和繁衍。我们身边常见的寄生虫包括蛔虫、钩虫、跳蚤、虱子以及疟原虫等，它们可寄生于人体或动物体内外，引发多种疾病，严重危害人类和动物健康。然而，寄生虫的种类极为多样，分布广泛，生活史复杂，涉及原生动物、扁形动物、线形动物、节肢动物等多个门类。从寄生方式来看，它们可以寄生在宿主体表、体腔甚至细胞内部，展现出惊人的适应能力和进化策略。在众多寄生虫中，寄生蠕虫（helminths）是一类重要而特殊的群体。它们主要包括扁形动物门的吸虫和绦虫、线形动物门的蛔虫和钩虫，以及棘头动物门的棘头虫等。这些蠕虫多数寄生于宿主的消化道、血管或组织中，部分种类甚至能引起致命性疾病，如血吸虫病和旋毛虫病等。寄生蠕虫在人类医学和兽医学中意义重大，但我们对它们的多样性、系统发育以及与宿主之间复杂的相互关系仍知之甚少。尤其是在古生态和演化历史方面的研究相对薄弱，许多关键问题仍有待深入探索。追溯这些问题的历史线索，中生代寄生蠕虫无疑是一个重要的拼图——它们身处动物演化剧烈变革的关键时期，理应在揭示寄生演化过程与生态适应机制中扮演重要角色。然而，我们对中生代寄生蠕虫的了解极为有限，主要有以下几个原因：首先，尽管这类化石在数量上并不稀少，但由于其地质年代相较于寒武纪、奥陶纪等更古老的时期“太年轻”，常被认为难以揭示动物门类起源等深层次的演化奥秘，因此长期被学界忽视，几乎成了化石圈里的“边缘人”。其次，这些蠕虫化石往往体型微小，像芝麻粒一样难以观察，且保存状况不佳。再者，它们形态单调、特征模糊，常常“长得一个样”，仿佛“复制粘贴”出来的，使得分类鉴定变成一场靠运气和经验的“拆盲盒”，难度极高。正因如此，中生代寄生蠕虫化石在古生物学研究中长期处于边缘地位，成为真正的“冷门中的冷门”。直到今天，相关研究仍然屈指可数，只能用“零星”来形容。先前，来自中国科学院南京地质古生物研究所的科学家们在一亿年前的白垩纪缅甸克钦琥珀中发现了线虫[1]和绦虫[2]的化石。由此，给我们打开了一扇观察白垩纪寄生虫的窗口。近期，同一个研究团队又在更古老的侏罗纪发现了另一类寄生虫——棘头虫的化石，首次通过化石证据揭示了棘头动物门的起源，相关成果已于近期发表[3]。棘头虫是一类海洋和陆地生态系统中常见的体内寄生蠕虫，能够感染人、猪、犬、猫、鱼等各类动物，是一类重要的医学寄生虫。其最典型的特征是其蠕虫状的外形和可外翻的吻突，吻突上有成排的倒钩，用于附着在宿主的消化道内，因此得名“棘头”虫。《科学》曾在1969年报道了棘头虫感染史前人类的案例。长期以来，棘头虫一直被认为是一个独立的门，即棘头动物门。但是，由于棘头虫的身体构型高度特化，没有口、肛门和消化道，其系统分类位置一直存在很大争议。作为一种体内寄生虫，棘头虫化石很难保存，此前唯一的化石记录是来自晚白垩世鳄形动物粪便中的4枚疑似棘头虫卵。因此，在三十几个动物门类中，棘头虫是极少数人们对其起源知之甚少的动物门类。图3 棘头虫（图片来源：wikipedia）“美丽”的误会对棘头动物门的起源的研究，最初来自一个“美丽”的误会。在研究琥珀中的绦虫时，在很长的时间里科学家们曾将其误认为是棘头虫，它们的表面都具有规则排列的倒钩，且由前至后钩逐渐变小，二者乍看一下确实非常相似。后来，还是借助先进的显微CT扫描辨认出了内部结构，才发现这枚琥珀里的化石实际上是一种绦虫。图4 琥珀中的绦虫化石（a, b）、现代绦虫（c）和棘头虫（d）。（图片来源：a–c：参考文献2；d：参考文献4）然而，正是这一误会，让参与本项研究的科学家回想起了曾在2018年收集的那块神秘的标本。这枚标本收集于侏罗纪中晚期的道虎沟生物群，这个距今约1.6亿年的化石库位于中国内蒙古与辽宁交界的山区。道虎沟生物群物种丰富，而且保存精美，是研究中生代生态系统、动物演化乃至古气候环境的重要窗口。20年多来，道虎沟生物群已经被深入研究，报道了大量昆虫、蜘蛛等无脊椎动物，以及蝾螈、翼龙、恐龙和哺乳动物等脊椎动物。但当科学家在2018年看到这块标本时，却完全不知道这是什么，甚至连这块标本属于什么门类都无法确定。科学家们猜测，这是一类奇怪的蠕虫，虽然后来在当地老乡处多次见到此类标本，但没有时间对这块标本进行细究。直到科学家们错把琥珀中的绦虫误认为是棘头虫时，才回想起来多年前在道虎沟生物群中曾经见过类似的标本。由此，这块标本才得以重见天日。古怪的化石这枚化石的身体整体呈纺锤形，分成明显的三部分，即吻突、颈和躯干，看上去就像一个“狼牙棒”或者“马桶刷”。吻突具有硬化的、略向下弯曲的刺，身体上有约32对纵毛列，身体末端还有一个类似现生棘头虫雄性交合伞的结构。这些都是常见现生棘头虫的常见特征。乍看之下，它无疑是一只标准的棘头虫。但是，如果仔细观察，却会让人感到十分困惑，因为标本躯干最前方分布有大量齿状结构，即颚器。这些“牙齿”整体向前聚集，且前端较小，向后逐渐变大，齿的数量也随之增多。所有颚器的齿均朝向身体前方，且所有的颚都不超过身体边界。在所有现代棘头虫中，从未发现类似结构。图5 本次发现的神秘蠕虫（侏罗虫）（a, b）与现代棘头虫（c）的比较（图片来源：参考文献3，复原图由杨定华绘制）因此，科学家们曾一度怀疑这枚化石是否真的是棘头虫。然而，进一步的调查显示，这种复杂的颚器在棘头虫可能的祖先——轮虫中却是广泛存在的。轮虫是一类微小的浮游生物，头部具有1–2圈能旋转的纤毛构成的“轮盘”，形如车轮，故叫轮虫。这个发现使科学家们重新思考了棘头虫的起源与演化，也为解释这枚化石的特殊结构提供了一个合理的假设。图6 本次发现的神秘蠕虫（侏罗虫）的颚器（图片来源：参考文献3）揭开真面目为确定这块化石的演化位置，研究团队构建了一个最新的、包含各类现生和化石蠕虫动物的形态数据矩阵，并展开了系统发育分析。结果表明，这枚化石的演化位置位于棘头虫的最根部，是棘头虫的基干类群。因此，科学家们将其命名为“道虎沟侏罗棘头虫”，简称“侏罗虫”。图7 侏罗虫的系统发育位置（图片来源：参考文献3）虽然近年的分子系统发育分析表明，棘头虫最有可能是轮虫的一个特化的类群，但它在轮虫类内部的演化发育关系争议极大，学界基于不同形态学证据和分子生物学证据，提出了相互矛盾的数种假说。而此次的系统发育学分析表明，侏罗虫是尾盘纲轮虫向棘头虫演化的过渡类群，从而在形态学矩阵分析中获得了与分子生物学分析相近的结果，成功弥合了形态学研究与系统发育基因组学研究之间的分歧。该研究为探索棘头动物门的起源和早期演化提供了重要线索——侏罗虫展示了棘头动物先前未知的形态多样性和生态特性。具钩的吻突和较大的体形表明，棘头虫在侏罗纪可能已经演化出和蛔虫、绦虫一样寄生在另一种生物体内的内寄生习性，表明棘头虫可能起源自陆地环境，并在侏罗纪与其他轮虫分化。此外，虽然分子生物学能够解决一些传统形态学研究难以解决的系统发育关系，但该研究表明，过渡类型的化石在探究动物身体构型革命性演化中仍然扮演了非常重要的作用。本研究也表明，中生代蠕虫化石并不是“研究荒漠”，它们为我们了解蠕虫类形态和生态的演化提供了不可或缺的证据。结语寄生蠕虫听起来也许让人头皮发麻，但它们其实是自然界中最成功、最神秘的一类生物之一。它们种类繁多，无处不在，对人类健康和农业生产都有着不容忽视的影响。不过，令人惊讶的是，关于它们的“远古往事”我们知之甚少——化石记录几乎是一片空白。未来的研究若能深入挖掘这些“远古寄生鬼影”的蛛丝马迹，不仅有助于揭示它们的起源和灭绝历程，还能让我们一窥数百万年前寄生虫与宿主之间斗智斗勇的演化博弈。就像为一本缺页太多的侦探小说补全线索，未来更多的工作或许将彻底改写我们对寄生生物历史的认知。来源：科学大院作者：罗慈航王博通讯员：盛捷

2025-06-25
【中国科协之声】从侏罗纪到现代，1亿多年银杏演化史空白被填平
2003年的6月19日，《自然》杂志刊登了中国科学家周志炎和郑少林的研究成果“银杏演化史中缺失的一环”。他们发现并研究了早白垩世地层中若干具有生殖器官的银杏化石，填补了银杏种子器官从侏罗纪类型演化到现代类型这一银杏演化史上长达1亿多年的空白。在国际古生物学界，周志炎的名字始终与银杏紧密相连。这位深耕古植物学领域数十载的科学家，以敏锐的洞察力与执着的探索精神，在银杏亿万年的演化长河中，打捞起无数珍贵的 “生命密码”，重塑了人类对这一古老植物的认知版图。义马银杏：叩开远古生命之门的钥匙银杏是现存种子植物中最古老的孑遗植物之一，被称为植物“活化石”，现在仅在我国有自然生长的植株。它的存在，恰似一部镌刻在远古时光里的生命史诗。20世纪80年代，义马煤田的一次偶然发现，让这部史诗翻开了全新的篇章。彼时，地质勘探工程师章伯乐及其家人发现了许多保存完好的植物化石，其中不仅有与现生银杏相似的枝、叶，更包含极为罕见的种子器官标本。这让中国科学院南京地质古生物研究所研究员周志炎兴奋不已。周志炎，古植物学家，中国科学院院士，长期从事古植物学和相关地层学研究，以中生代裸子植物和蕨类化石的研究见长。随即周志炎对这些来自义马煤田侏罗纪的银杏化石展开研究，经过反复比对、审慎研判，他得出了令世界瞩目的结论：这些化石是世界上最古老，也是最可信的、能够归于银杏属的化石，其年代可追溯至中侏罗世，距今约1.7亿年，其被命名为“义马银杏”。1989年，周志炎在德国古生物图志上发表了关于中国中侏罗世银杏的论文，首次根据胚珠器官研究证实了银杏属植物最早的生存年代，并证实了地质历史时期银杏的营养和生殖器官均具有以退缩为主的演化过程。周志炎擅长将现代科学的手段引入古生物学研究，在我国古植物学界率先提倡和应用支序学说、异时发育和整体植物重建等研究方法，率先采用电子显微技术和超薄切片等研究手段，并将这些方法和手段应用到侏罗纪银杏研究中，取得一系列突破。填补缺失的环节：解锁银杏“迟滞”之谜尽管义马银杏的发现意义重大，但在银杏的演化历程中，仍存在一段长达一亿多年的空白亟待填补：从侏罗纪类型到现代类型的这一演化环节。2003年，沈阳地质矿产研究所研究员郑少林等在我国辽宁省西部义县发现了一些具有生殖器官的银杏化石。郑少林带着这些化石找到了周志炎，两位科学家携手合作，对这些化石展开深入研究。他们惊喜地发现，这种来自距今约1.2亿年前的早白垩世的银杏，其形态介于已知最古老的义马银杏和现生的银杏之间，正是中侏罗世的银杏和现生的银杏之间的“过渡类型”。该研究发表在英国《自然》杂志，填补了目前已知1.7亿年前最古老银杏向现生银杏演化进程中的“缺失环节”，显示出银杏演化中长达一亿多年的“迟滞”势态。义马银杏（中国义马距今约1.7亿年）来源 | 中国古生物化石保护基金会官网2012年4月出版的《国际植物学期刊》刊登了周志炎等人对北美第三纪银杏胚珠器官及其伴生叶片的研究，为新生代银杏演化提供了确凿的证据，进一步证实了退缩的假说。克伦银杏（美国北达科他州第三纪）“这些珍贵标本的详细深入研究，为揭开银杏和它的家族在地质历史时期的多样性变化、系统发育关系和演化历史提供了难得的实物资料，也为建立和逐步完善银杏目的自然分类系统打下了基础，使得银杏目植物的研究摆脱‘人为分类’的框架成为可能。”周志炎说。笔耕不辍：为银杏研究立传进入耄耋之年的周志炎始终未曾放下手中的研究，以笔为刃继续在古植物学领域深耕不辍。他与南京地质古生物研究所杨小菊研究员和吴向午研究员基于多年的研究成果，对中国的银杏目化石进行了全面而系统的总结，编写了《中国银杏植物》一书。书中详尽收录了我国产出和报道的32属228种银杏类植物，并对其进行了详细的评述。回望银杏的演化历程，周志炎感慨万千：“亿万年前曾遍布地球各大洲的银杏植物历经沧桑变迁，一度与其同时生存的恐龙等就没有逃过白垩纪末生物大灭绝的劫难；第四纪的冰川荡涤欧美大陆，银杏仍在其远祖的发祥地——中国找到了‘避难所’。广岛核爆炸也没能摧毁它的生命。它的美观、实用、惊人的生存能力，丰富和深厚的人文、历史底蕴以及传奇的演化史为各国人民传颂。郭沫若把它称为‘东方圣者’。现今银杏树被重新广泛栽培于世界各地，相随带去的将还有坚韧、朴实、和谐的东方精神。”在周志炎看来，银杏的魅力远不止于其古老的身世。“最近几十年来，人们对银杏的重要药用价值有了新的认识，对银杏的研究和保护更是出现了一个新的高潮。分子生物学的应用，更为认识和保护银杏的多样性开创了新的前景。” 这位与银杏相伴一生的科学家，用自己的行动诠释着对科研的坚守与热爱，也为后来者照亮了探索生命演化奥秘的道路。审核单位：中国科学院南京地质古生物研究所参考文献：[1]周志炎：东方圣者——银杏的前世今生[OL].化石网,2019-03-27.[2]揭开银杏家世之谜[N].中国科学报,2017-10-27.

2025-06-24
科学家在实验室复刻了一个“古代热泉”，发现了生命起源的新线索
自古至今，关于“生命从何而来”的问题，一直吸引着无数科学家和哲学家。目前，主要存在两种假说，一种是深海热液生命起源假说，认为深海热液喷口是生命起源的最可能场所，因为这些环境中富含铁硫化物等矿物，可能是早期生命起源化学反应的催化剂；另一种则是陆地热泉生命起源假说，认为生命可能诞生于地表热泉区域的开放环境。这里同样富含铁硫化物，具备生命起源的环境条件。长久以来，两种假说难分伯仲。我是南景博，来自中国科学院南京地质古生物研究所，主要研究方向是地球生命起源，也就是为陆地热泉生命起源假说提供研究证据的。今天，我想给大家讲述一个我和我团队的最新发现，为“陆地派”再上一分。早期地球陆地热泉概念图。图片来源：Alex Bosoy一次偶然的邂逅，让我迸发了研究的灵感火花我的研究兴趣萌芽于 2018 年在荷兰乌得勒支大学的交流访问期间，那时参与了铁硫化物催化反应的研究。这种矿物不仅与现代酶有着“远亲”关系，还可能是无机物到有机小分子合成的“催化剂”。这让我意识到，铁硫化物在生命起源中扮演的角色可能比我们想象的更加重要。2021 年，在一次学术会议上，我遇到了新南威尔士大学的 Quoc Phuong Tran。我们天南地北地畅想着早期地球上海洋和陆地环境下的生命起源过程，突然灵机一动：大家都盯着液态水中的有机合成反应，那陆地热泉蒸汽会不会也是一个不容忽视的环境？我随即决定邀请我本科和研究生期间的老友——在日本国立材料科学研究所工作的罗舜钦博士加入我们的研究。事实证明，他在光热催化研究领域的专长为后续模拟实验的成功开展起到了决定性作用。开始实验！在实验室复刻一个古代热泉并不容易我们的实验设定看似简单，却充满了挑战——我们试图复现地球早期陆地热泉的环境，探讨铁硫化物如何催化有机分子的生成。为了模拟那个远古时代的条件，我们做了大量细致的准备：1、合成纯净铁硫化物首先，我们需要高纯度的铁硫化物，而这并非易事。商用的铁硫化物样品常常含有污染物，这使得实验结果变得扑朔迷离。为了保证实验的纯度，我们还参与了铁硫化物的合成工作，并且掺入了锰等金属元素，探索其对催化效果的影响。扫描透射电子显微镜显示铁硫化物（四方硫铁矿）催化剂特征：图 a 是铁硫化物的结构实拍图。用超高倍电子显微镜拍摄的纳米颗粒照片，能看到这些小薄片形状不规则，显示出它们已经形成了晶体结构；图 b 是对图 a 中框选区域进一步放大的原子排列图，能看到原子排列形成的细密条纹，类似百叶窗的纹理一样；图 c 是铁硫化物的晶体“身份证”。通过电子束照射产生的环形指纹图案；图 d-g 是用 X 射线扫描显示的不同元素的分布图，红色区域表示铁元素富集区域，黄色区域表示硫元素富集区域，蓝色区域则表示作为添加剂的锰元素的分布。图片来源：研究论文2、模拟早期地球环境我们设计了一个定制的实验反应器，用来模拟早期地球热泉的高温、无氧、富氢环境。这一反应器能够精准控制温度（80-120°C），并允许我们向系统中引入二氧化碳和氢气，观察它们在铁硫化物催化作用下的化学转化过程。3、引入水蒸汽与紫外光照射为了让实验尽可能贴近真实的古代热泉环境，我们还加入了水蒸汽，模拟热泉蒸发-冷凝的循环过程，并采用特定波长的紫外光照射，模拟早期地球阳光的辐射条件。这些因素可能在远古地球的化学反应中发挥关键作用，进一步促进有机分子的形成。日本国立材料科学研究所罗舜钦博士（右二）与叶金花教授（左二）等人在实验室交流。图片来源：研究团队供图突破性的发现：化学魔法的背后这项研究不仅是科学探索，更是跨学科合作的结晶。比如，为了消除铁硫化物中有机污染物的干扰，我们团队花了数周时间反复合成材料。一次又一次调整实验条件的过程，虽然辛苦，但也充满了团队协作的乐趣。经过数月的实验，我们终于迎来了激动人心的时刻：铁硫化物不仅成功催化了二氧化碳的还原反应，还生成了甲醇等有机分子！甲醇等有机分子的生成，标志更复杂有机分子形成的第一步，早期地球可能已经具备了生命起源所需的基本化学反应条件。更令我们兴奋的是，掺锰的铁硫化物催化效果更加明显，紫外光和水蒸气的加入也大大提高了反应活性。这一发现从侧面支持了我们的猜想——陆地热泉的蒸汽环境或许正是早期生命起源物质来源的“化学熔炉”。这一发现不仅为地球生命起源提供了新的线索，也为寻找地外生命带来了希望：或许在遥远的某颗行星上，同样的化学反应正在上演……未来我们将继续探索生命起源的更多可能每一次实验的突破，都让我们更加坚信，科学的道路是一条不断扩展边界的旅程。接下来，我们将继续探索更多矿物在生命起源中的角色，并将这些研究应用于天体生物学。或许有一天，我们会在火星上发现类似的化学过程，那将是人类理解宇宙生命起源的重要一步。注：该研究成果发表在《自然・通讯》（Nature Communications），得到了国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室开放基金、核资源与环境国家重点实验室基金、澳大利亚研究理事会探索项目以及未来学者奖、日本文部科学省（MEXT）材料纳米架构世界顶级研究中心及北海道大学光激子工程项目的支持。参考文献[1]Nan, J., Luo, S., Tran, Q.P. et al. Iron sulfide-catalyzed gaseous CO2 reduction and prebiotic carbon fixation in terrestrial hot springs. Nat Commun 15,10280 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54062-y出品丨科普中国作者丨南景博中国科学院南京地质古生物研究所

2025-05-14
“氧气为王”——三叶虫体型大小演化的“密码”
生物的体型会深刻影响其运动方式、捕食策略及生存适应能力。近日，中国科学院南京地质古生物研究所等，建立了目前最综合的寒武纪-奥陶纪三叶虫体型数据库，通过对远古海洋“明星生物”三叶虫的系统研究，为人们打开了一扇观察古无脊椎动物体型演化规律的新窗口。01、为何选择三叶虫？远古节肢动物三叶虫，不仅数量庞大、形态多样，其体型差异更是惊人，从仅2毫米的迷你个体到超过70厘米的巨型种类应有尽有。▲体型差异明显的三叶虫化石这种独特的体型多样性，加上三叶虫在古生代海洋生态中的关键地位，使其成为研究无脊椎动物体型演化的理想样本。该三叶虫体型数据库涵盖1091个属、4732件成年标本的精确测量数据，时间分辨率达到三百万年级别，为深入分析提供了坚实基础。▲数据库中136个寒武纪和奥陶纪三叶虫科的体型分布，两侧分别展示微型（左）和大型（右）三叶虫类群的代表。三叶虫线描图来自https://www.trilobites.info，未按实际比例。02、1.2亿年“跳跃式演化”关于生物体型演化的驱动机制，学界存在诸多理论争鸣。例如，柯普法则认为生物演化中体型会自然增大，伯格曼法则则强调温度等环境因素的关键作用。为了验证这些假说，研究团队对数据进行了多角度分析。结果显示，在长达1.2亿年的演化历程中，三叶虫体型呈现出“跳跃式”变化特征，共发生5次显著体型突变事件（3次缩小、2次增大），但整体并未呈现单向增大趋势。这否定了柯普法则在三叶虫演化中的普适性。▲古生代早期寒武纪与奥陶纪全球三叶虫体型的演化模式，红色箭头为五次重要的体型变化事件，罗马数字为这一时期三叶虫体型演化的六个阶段。03、低氧环境下的生存博弈更引人注目的是环境因素的影响机制。研究发现，三叶虫体型波动与当时海洋含氧量变化存在精确对应关系，即每次体型缩小事件都恰逢海洋缺氧时期，而体型增大则与海洋氧化增强同步。研究团队解释，大型三叶虫需要更高氧气维持代谢，因此对氧气变化尤为敏感。这为“氧气驱动论”提供了有力证据。值得注意的是，虽然现代生物学中普遍观察到“气候变冷促进体型增大”的现象（如大象、鲸类的演化），但发生在三叶虫时代的全球持续变冷却未引发三叶虫相应体型变化。研究团队推测，这可能是因为当时大气含氧量仅为现代的60%左右。在低氧背景下，温度变化难以产生显著影响，只有当氧气含量突破临界值后，温度效应才会显现。▲古生代早期三叶虫体型演化（A）与海洋氧化还原状态变化（B）及温度变化（C）的关系。04、环境恶化“预警器”远古三叶虫的体型“密码”，还对理解当前生态危机具有重要警示意义。数据显示，在多次环境剧变中，大体型三叶虫的灭绝总是比海洋生物多样性整体下降提前数百万年，说明大型捕食者对环境恶化更为敏感。这提示我们，现代生态系统中大型动物的异常消失，很可能是环境危机的重要预警信号。论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adt7572作者：盛捷孙智新来源：中科院之声

2025-05-10

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