科普文章
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“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 -
最古老层孔海绵化石“现身”在地球生命演化的长卷中，奥陶纪生物大辐射事件标志着海洋生态系统复杂化的关键转折。层孔海绵作为这场“变革”的核心参与者，其突然崛起始终是古生物学界的未解之谜——这类造礁生物如何在全球海域同步出现？它们的矿化能力从何而来？这些问题因早期化石证据的缺失长期悬置。日前，中国科学院南京地质古生物研究所等，在宜昌远安发现迄今最古老的层孔海绵化石（距今4.8亿年前），命名为嫘（léi）祖冠毛层孔海绵（Lophiostroma leizunia sp. nov. Jeon），为这些谜题提供了答案。▲华南早奥陶纪层孔海绵动物礁及相关生物复原图。棕色：层孔海绵 Lophiostroma leizunia；橙色：石松海绵；浅绿色：瓶筐石；苔绿色：钙微生物；棘皮动物（海百合）。原始艺术作品由E. Manzanero Criado创作，并经其授权发表01新发现的层孔海绵化石层孔海绵，曾被称为层孔虫，是奥陶纪-泥盆纪（古生代）标志性的浅海造礁动物之一，在地理分布和造礁作用方面类似中生代之后的石珊瑚。在北美大陆，由层孔海绵形成的生物礁是非常重要的油气储层。本次发现的层孔海绵，在野外观察时呈黑色。大多数个体的长度限于一到两个手指节。形状多样，有薄层状、圆顶状、球状、柱状、指状等。▲嫘祖冠毛层孔海绵构造，纵切面（A-D, F, G）和横切面（H-I）特征化石发现地附近有一个嫘祖镇，因而将化石命名为嫘祖冠毛层孔海绵。在古代传说中，嫘祖被认为发明了养蚕和丝绸，而本次发现的层孔海绵，其微观结构与丝绸又有着相似之处。02远古“造礁者”骨骼藏“玄机”科研团队发现，嫘祖冠毛层孔海绵通过氟磷灰石（即磷酸盐）构建骨骼，这在海绵中是独一无二的。这一新发现确立了多孔动物门。这是第一个已知的利用三种主要生物矿物质（硅、碳酸钙和磷酸钙）的后生动物门。▲嫘祖冠毛层孔海绵的元素分布早期层孔海绵骨骼中磷酸盐的存在，拓展了人类对早期动物生物矿化能力的理解，表明早期海绵可能已具备多样化生物矿化策略所需的遗传能力。另外，嫘祖冠毛层孔海绵形成复杂的礁结构，在框架构建和结合其他造礁生物组分（如钙微生物、石松海绵、瓶筐石、棘皮动物等）方面，发挥了关键作用。这些早期的层孔海绵所建造的礁结构，其复杂性堪比后来的礁生态系统。这一发现将造礁层孔海绵的化石记录，提前了约2000万年。03早期演化“实验品”研究填补了层孔海绵早期演化历史的空白，还为理解早期动物的生物矿化过程提供了新的视角。揭示了地球历史上关键时期礁生态系统的复杂性，以及生物如何适应和改变环境。科研团队认为，嫘祖冠毛层孔海绵可能代表了磷酸盐生物矿化的早期“实验品”。它们在演化中尝试一种又一种独特的“材料”，虽然最终在海绵动物中没有成为主流，但为我们展示了生命演化的丰富可能性。▲宜昌远安发现的早奥陶纪层孔海绵-棘皮动物生物礁这项研究展示了生物多样性和生态系统复杂性在地球历史早期阶段（距今4.8亿年前）就已经存在，为理解现代海洋生态系统的起源和演化提供了宝贵的线索。作者：全胄完、盛捷来自：中科院之声2025-04-04 -
古生物学家化身“煤矿工人”，我们发现一座神秘的“植物庞贝城”！编者按：为揭开科技工作的神秘面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的研究”系列文章，邀请科学家亲自执笔，分享科研历程，打造科学世界。让我们跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。2024年9月，在韩国釜山召开的第37届国际地质大会上，位于我国内蒙古乌海市的“植物庞贝城——乌达二叠纪植被化石产地”成功入选第二批世界地质遗产地名录。在这一荣誉背后，是我们团队——中国科学院南京地质古生物研究所王军研究员团队20多年来的默默付出。我们坚持用科学手段翻阅这本被印刻在岩层中的化石史书，小心翼翼地揭开了这座远古森林的神秘面纱。与“植物庞贝城”的初次相逢1997年，王军来到中国科学院南京地质古生物研究所，师从李星学院士开展博士后工作，研究目标为瓢叶目植物。不久后，南京地质古生物研究所研究员吴秀元赠送给王军一小块来自贺兰山脉的瓢叶类植物矿化标本。不曾想，正是这枚化石的到来，让王军与“植物庞贝城”的缘分就此展开。为了找到这块球果化石的原产地，王军曾多次前往贺兰山脉地区开展野外考察工作，这一找就是六年。漫长的寻找旅程中，虽然始终都没能找到那块化石的原产地，但他却在乌达煤田发现了一层灰白色的厚度较为均匀的植物化石层。在挖掘的过程中，王军蓦地看到了一棵棵树桩直直地“站立”在地层中，他意识到，这可能是一片原位埋藏的史前森林！随后，王军立即采集岩石样品带回南京地质古生物研究所进行切片观察，确定了该化石层岩性为火山凝灰岩，也就是说——由于一场规模较大的火山活动，这座史前森林被火山灰完完整整地原地掩埋，保存到了今天。高精度的锆石定年研究表明，火山喷发的时间距今约2.98亿年，其持续时间可能长达数月，累积的火山灰厚度达1.5米，最终经过压实形成了现在看到的约66公分厚的火山凝灰岩层。细腻的火山灰完美地保存了植物的形态，叶脉清晰可见，栩栩如生。公元79年，维苏威火山喷发导致位于意大利古罗马的庞贝古城被火山灰完全覆盖，城中的居民来不及逃亡被掩埋其中。这片化石森林的成因与庞贝古城十分相似，因此，王军将其命名为“植物庞贝城”。探索“植物庞贝城”，一波三折众所周知，煤是由植物经长时间的地质作用形成的，所以植物化石大多出现在煤层附近。“植物庞贝城”也不例外，它广泛分布于乌海市乌达煤田的6号煤层和7号煤层之间。因此，一旦开展化石研究，化石层位下面的十几层煤将暂时无法开采，会严重影响煤矿的挖掘进度。当时，正值煤价高峰期，数以万计的挖掘机夜以继日地工作，矿区对我们团队是极度排斥的，一度将我们视为盗采人员进行驱赶。经过协商，矿区同意让挖掘机把保存了化石的岩层挖到一边堆起来，王军带领团队成员再加上十几个民工在这些石头堆上一敲就是几个月，每天工作的时候，整个脸都会被煤灰盖住，像是伪装成煤矿工人的古生物学家。敲出来的化石会被我们全部带回南京地质古生物研究所进行异地保护。但是，这种方法最大的弊端就是，化石在挖掘和运输途中容易损坏，本来好好的一棵完整的树被挖得七零八碎，最终带回来的也很难拼回去。后来，经过多方协调，我们争取到了能在原地开展“样方法”研究的机会。这种方法就是在化石层出露的平面上用滑石粉画出1×1m的格子，利用电镐等工具在原地逐步开采，并对每一个样方格中产出的化石进行现场记录，这种方法让我们不仅得到了珍贵的植物化石，同时还获得了详细的群落生态数据。经过多年的化石采集工作，我们团队积累了相当数量的材料，研究方向也开始变得多元化。目前，我们团队的主要研究方向包括：对古植物进行整体重建（目前已累计发现五十多个种，其中有九个已完成整体重建）；用样方法统计不同区域内的物种丰富度及多样性差异，探讨其成因；讨论古植物群落与古环境古气候之间的关系等等。“植物庞贝城”的研究价值重大多年来，我们团队致力于“植物庞贝城”各个方面的研究，其不管是对古生物学界还是对人类社会发展都有着重大意义。对于古生物界而言，“植物庞贝城”极大推动了二叠纪古植物学的研究进程。在传统的古植物学研究中，如果想要重建一个植物，需要找到多个连生证据来进行推导，例如，只有证明器官A与器官B相连，器官B又与器官C相连，才可以推导出器官A和器官C来自于同一种植物。当我们发现并探索了“植物庞贝城”，我们就拥有了更多直接保存下来的相对完整的植物体，不仅能够提高植物整体重建的效率，而且更能保证其准确性。在全世界范围内，仅有德国、捷克、西班牙和美国有4个相似的化石产地，但均只能开展小规模发掘，研究程度较低。而当前“植物庞贝城”的研究则获得了五项“世界之最”——分别是最大面积的远古森林复原、最丰富的成煤植物群化石标本收藏、最古老的苏铁植物、最丰富的瓢叶目植物群落和最多的化石植物整体重建，这也正是“植物庞贝城”能够成功入选第二批世界地质遗产地名录的重要原因。古生物学的研究往往采取将今论古，以古论今的方法。人类社会现在正面临着全球气候变暖、两极冰盖融化、海平面上升的问题，这与2.98亿年前的“植物庞贝城”所处的古环境是极其相似的，并且是地史时期唯一可以与现在对比的一段时期。古植物学的研究可以窥探当时的气候变化对古植物群落面貌造成了什么样的影响，从而预测未来气候变化对现生植被生长的影响（尤其是对农作物的影响），防患于未然。“植物庞贝城”将为乌海经济带来二次生命乌海又称“乌金之海”，是一座因煤而生的城市，随着时间一点点流逝，煤总有一天会被挖完，到那时又该怎么办呢？“植物庞贝城”入选了第二批世界地质遗产地名录，其意义之重大可见一斑，如果以“植物庞贝城“为主题建造一个世界级地质公园，便能够带动乌海市的旅游业发展，促进当地经济转型，不再以采煤作为单一经济来源。其次，“植物庞贝城”产出的化石保存完整且精美，较大的化石加工后可以作摆件，较小的化石加工后可以作饰品，这些化石可以加快当地企业转型，增加就业岗位，如：化石修复师、饰品设计师等职位，在一定程度上能够缓解当地就业压力。总而言之，“植物庞贝城”的研究对人类社会而言，不论是可持续发展方面，还是经济发展方面都有着重大意义，因此“植物庞贝城”的深入研究和保护仍然势在必行！“植物庞贝城”入选第二批世界地质遗产地名录直立的封印木树桩王军研究员在野外指导学生“植物庞贝城”代表植物类群王军研究员野外工作照2021年野外现场2025-03-06 -
入选Science年度十大突破！中国科学家在长城脚下发现古老秘密北京时间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，中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎团队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，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。很多人都了解地球上漫长的生命演化史：在38亿年的时光中，生物从原核生物到真核生物，从单细胞真核生物到多细胞真核生物，逐步从简单生命演化成复杂生命。在现在的地球上，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。生命系统发生树（图片来源：维基百科）那么，多细胞真核生物是何时在地球上出现的呢？这可是生命演化史上的重大关键事件之一。之前的研究证明，这个时间是距今15.6亿年前。会不会更早呢？2024年1月25日，中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的“地球-生命系统早期演化”团队回答了这个问题。团队成员中国科学院南京地质古生物研究所博士苗兰云在华北燕山地区16.3亿年前地层中发现多细胞真核生物化石，这些保存精美细胞结构的微体化石被认为是迄今全球发现最早的多细胞真核生物化石记录。该科研成果最初发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上（点击文末“阅读原文”直达论文）。研究团队合影（图片来源：作者提供）“我找到的化石，是不是最早的多细胞真核生物？”这道证明题是怎么做的呢？长城脚下，藏着生命演化早期的秘密科研人员在燕山野外（图片来源：作者提供）燕山山脉是中国北方重要山脉之一，位于内蒙古坝上高原以南，河北平原以北，白河谷地以东，山海关以西，逶迤着中华民族的精神象征——长城。研究团队为什么要把目光锁定在这里？大家不了解的是，对于地质古生物学来说，燕山山脉有着更加非凡的意义。燕山地区长城系地貌（图片来源：作者提供）长城脚下，是一套被称为“长城系”和“蓟县系”的岩石，为距今18亿年到13亿年前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，以天津蓟县（现称蓟州）地区为代表。1984年我国在天津蓟县成立第一个国家级自然保护区，2001年天津蓟县国家地质公园成立，这里记录着燕山的自然风光、文化古迹和独特的地质记录。蓟州区中上元古界地层剖面，记录着这里的地质演化史（图片来源：作者提供）20世纪30年代初，中国科学院院士高振西等人在长城脚下的天津蓟县建立我国北方“震旦系”标准剖面。近百年来，经过几代地质学家的研究，其时代厘定越来越精准。1997年，中国地质调查局天津地质调查中心朱士兴和黄学光在河北迁西和宽城地区进行野外地质调查工作过程中，在15.6亿年前的“蓟县系”高于庄组中发现了大型碳质膜化石，这是生物体被埋藏后在化石化的过程中被压扁保存为一层深色的碳质物质。高于庄组宏体碳质膜化石（图片来源：作者提供）2016年，朱茂炎团队与朱士兴等国内外学者一起，对这批标本开展了系统的研究，认为它们属于多细胞真核生物化石，距今15.6亿年。而且，这批多细胞真核化石已经“长得很大”，宽达8厘米，不完整的化石长度达30厘米。出现这么大的宏体化石，说明在这之前还会有相对简单的微体化石（就是肉眼看不见的那种）阶段。这一结果突破了学界以往的认知，不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间从以前认为的6亿年前提前了将近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。为了验证前人的这一推断，苗兰云自博士研究生阶段开始，就将在燕山地区早于16亿年的古元古代晚期“长城系”地层中寻找多细胞真核化石记录作为主要研究课题。八年积淀，每一次的实验都是“拆盲盒”由于长城系地层中的化石多为肉眼看不见的微体化石，必须要借助显微镜才能看清楚细节，而且这些化石被深深包埋在页岩里，所以科研人员要将采集的样本带回实验室，通过严格的微体化石酸提取实验，找到微体化石才能进行分析。8年来，苗兰云一直往返于南京与河北：在燕山脚下采集样品，再返回南京的实验室。采集岩石样品（图片来源：作者提供）之所以说是“拆盲盒”，是因为并不是所有页岩中都保存有微体化石，每次做微体化石酸提取实验的结果是无法预料的。“拆盲盒”的过程是：（1）首先用氢氟酸把页岩中的矿物都溶解掉，有机质（主要由碳和氢组成的有机物）不受氢氟酸影响因而能保留下来；（2）前一步过程中会产生CaF2，是絮状物质，使溶液看起来像牛奶一样浑浊。为去除CaF2，要在去除残余氢氟酸后，添加盐酸，然后通过水浴加热的方式去除絮状CaF2；（3）剩下溶液里主要是水、有机质、盐酸等物质，再利用多换水的方式将溶液洗成中性，最后剩下就主要是水和有机质了。化石就是以有机质形成保存的，所以寻找微体化石，要在有机质中寻找。微体化石提取实验（图片来源：作者提供）化石显微形貌分析（图片来源：作者 提供）古生物版的“盲盒”大概是这样的：经过酸提取处理的样品（图片来源：诸鹏飞供图）教你辨认多细胞真核生物化石终于，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化石标本，这些标本均来自在河北省宽城县翁家庄剖面串岭沟组中上部地层。你也许会好奇，上面的样品看起来都差不多，怎么分辨出哪些是多细胞真核生物呢？下面我们结合图片来分析一下多细胞真核生物化石的特点。图1. 串岭沟组中发现的壮丽青山藻. 化石保存为有机质壁构成的多细胞丝状体，显示细胞大小的变化引起的丝状体形态变化. 丝状体直径向一端收缩（A-D, F-I, K），丝状体直径不变（J），保存有完整端部的丝状体（E, L）. 比例尺对于F-H和K代表100微米，其余的代表50微米（Miao et al., 2024b）图2. 含有孢子结构的壮丽青山藻. 比例尺对于A, C, D和F代表50微米（Miao et al., 2024b）第一个特点：细胞大。在显微镜下可以看出，这些化石是由巨型细胞组成的。它们是由单列细胞组成的无分枝的丝状体（图1和2），丝状体直径20-190微米不等，最长可达860微米，无外鞘。（注：原核生物细胞一般小于2微米；真核生物细胞一般2-100微米）第二个特点：形态显示一定的复杂性。这些化石有些丝状体直径保持不变，细胞呈短柱状至长柱状；有些丝状体整体向一端均匀收缩，细胞呈柱状、桶状或杯状；而有的丝状体仅一端变细（图1）。通过测量显示不同类型的多细胞丝状体在形态上呈现连续过渡变化的特征，研究人员发现这些多细胞丝状体化石属于同一个物种。这些化石的复杂性还体现在，一些化石中被发现有类似于现生繁殖细胞——孢子一样的圆形结构，这说明该化石实际上是一种通过孢子繁殖的生物。苗兰云通过文献调研发现，丝状体化石的形态和大小与1989年前人在天津蓟县地区串岭沟组发现的“壮丽青山藻”（Qingshania magnifica Yan, 1989）相似，所以这些拥有巨型细胞且细胞形态复杂的化石应该就是“壮丽青山藻”。拥有巨型细胞、形态复杂就一定是多细胞真核生物了吗？还需要做几道“筛选题”。符合这些条件，“壮丽青山藻”身份确定要确定这个化石的身份，还得把它跟现生的生物、同时期的生物做对比。1.与现生的生物对比在现生生物中，由单列细胞组成的丝状体生物种类非常繁多，在原核（细菌和古菌）和真核生物中都广泛存在。科研人员根据此次发现的化石拥有着巨型细胞且丝状体形态复杂这一特征，开始进行排除大法。科研人员先将壮丽青山藻与现生原核生物进行了对比。据统计，目前已知的原核丝状体至少分布于12个门类147个属中，综合比较丝状体形态的复杂度、细胞大小和繁殖方式，原核生物中并没有可以与壮丽青山藻相类似的类型。这些现生的原核丝状体大多个体很小，而个别较大的生物形态又比较简单。因此，排除壮丽青山藻是原核生物。而在现生真核生物中，类似壮丽青山藻的丝状体生物则很多，例如：异养的丝状真菌和丝状卵菌，特别是大多数真核藻类都含丝状体，如褐藻、黄藻、绿藻、红藻、轮藻、共球藻等。壮丽青山藻与异养的丝状真菌和丝状卵菌相似，特别是大多数真核藻类都含丝状体，如褐藻、黄藻、绿藻、红藻、轮藻、共球藻等（图片来源：作者提供）壮丽青山藻与一些现生绿藻对比接近（图片来源：作者提供）综合分析表明，壮丽青山藻与一些现生绿藻的藻丝体形态、细胞大小分布和繁殖方式等最为接近。因此，研究团队认为壮丽青山藻为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，但是，目前无法将其归属到具体现生门类中去。2.借助高科技，对比“同龄人”为了进一步验证壮丽青山藻的真核生物属性，研究团队采用激光拉曼光谱仪对壮丽青山藻和同一个页岩样品中提取到的3种蓝细菌（多细胞原核生物）化石的有机质成分进行谱学对比分析。拉曼光谱特征表明，与同层位的多细胞原核生物相比，壮丽青山藻经历了低级变质作用（变质作用是指受温度、压力或其他因素影响使得原来的物质结构或成分遭到变化。对地质样品来说，经了漫长的地质作用，例如地温梯度和压力，它原始的物质结构和成分会逐渐发生变化），不可能是现代生物污染。而且化石的有机质组成明显不同于蓝细菌化石，进一步支持了多细胞真核生物属性的解释。真核生物的最后共同祖先起源时间可能提前本次发现的含化石地层的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16.3亿年前！根据以上“证明题”的论证过程，研究人员可以确定，壮丽青山藻是目前最早的具细胞结构的多细胞真核化石（距今16.3亿年前），且可能是已经灭绝了的真核藻类（具体亲缘关系未知）。由于，目前学界普遍接受的真核生物最早化石记录（单细胞真核生物化石）发现于我国华北和澳大利亚北部距今约16.5亿年的古元古代晚期地层中。壮丽青山藻的出现时间，仅稍晚于这些最古老的单细胞真核化石，表明真核生物出现之后便迅速发生了复杂的多细胞化演化。由于真核藻类（泛色素体植物）属于冠群真核生物（现代真核生物）的一个支系，如果壮丽青山藻可以确认为是营光合作用的真核藻类，那么真核生物最后共同祖先（LECA）应不晚于16.3亿年前，比当前学界普遍接受的时间提前了近6亿年之久。这为进一步揭示复杂生命的起源和早期演化过程的奥秘以及元古宙地球环境演变提供了新的思考。真核生物谱系发生树简化图和真核生物早期重要化石记录. 真核生物树中，虚线表示干群真核生物，实线表示冠群真核生物（真核生物最后共同祖先LECA及其所有后裔）. 分歧点上的浅灰色条带表示分子钟估算的分歧时间（Parfrey et al., 2011, PNAS）. 右图显示真核生物各类群最早的化石记录（据Miao et al., 2024b修改）哈佛大学Andrew Knoll教授和中国科学院深海科学与工程研究所屈原皋研究员参加了此项成果的研究。研究得到国家重点研发计划（2022YFF0800100）、国家自然科学基金（41888101, 41921002, 41972204）和中国科学院创新交叉团队（JCTD-2020-18）的联合资助。相关论文：[1]Miao, L., Moczydłowska, M.*, Zhu, S., Zhu, M.*, 2019. New record of organic-walled, morphologically distinct microfossils from the late Paleoproterozoic Changcheng Group in the Yanshan Range, North China. Precambrian Research, 321:172-198.[2]Miao, L., Yin, Z., Li, G., Zhu, M.*, 2024a. First report of Tappania and associated microfossils from the late Paleoproterozoic Chuanlinggou Formation of the Yanliao Basin, North China. Precambrian Research, 400:107268.[4]Miao, L., Yin, Z., Knoll, A.H., Qu, Y., Zhu, M.*, 2024b. 1.63-billion-year-old multicellular eukaryotes from the Chuanlinggou Formation in North China. Science Advances.[5]Zhu, S., Zhu, M.*, Knoll, A.H., Yin, Z., Zhao, F., Sun, S., Qu, Y., Shi, M., Liu, H., 2016. Decimetre-scale multicellular eukaryotes from the 1.56-billion-year-old Gaoyuzhuang Formation in North China. Nature Communications, 7:11500.来源：科学大院作者：盛捷 苗兰云 朱茂炎2025-01-01 -
【中科院之声】世界级名片+1 “植物庞贝城”何以入选？近日，在韩国釜山举办的第37届国际地质学大会上，国际地质科学联合会（以下简称“国际地科联”）公布了“第二批100个国际地科联地质遗产地”，其中，来自中国的“植物庞贝城——乌达二叠纪植被化石产地”成功入选，为中国新建了一张世界级名片。2024-09-04 -
上班路上看见修地铁挖出的一堆淤泥，没想到里面有8000年前的水稻证据这一重大发现不仅揭示了传统田野考古难以触及的重要人类活动信息，更是将长江下游地区（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）的农作活动历史至少向前推进了约1200年。2024-05-07 -
慎入！一亿年前的寄生虫，保存到现在是啥样？小时候如果吃饭前不勤洗手，大人们就会用“肚子里长寄生虫”来吓唬我们。这个词总是让人联想起一些恶心的，细长的蠕虫状的生物，比如蛔虫（线虫的一类）、绦虫（扁虫的一类）。尤其是，感染了寄生虫的人会出现各种各样的疾病，严重时甚至会威胁生命。2024-04-28 -
蝉：从一亿年前的“哑巴”到现代的噪音制造者，我经历了什么？蝉鸣作为夏日的标志之一，刺耳的声音可能是所有虫鸣中最令人烦心的一种了。但没有蝉鸣的夏季又仿佛是不完整的——这种感觉可能不止中国人有，全世界很多地方的人都会有。蝉科在全球分布极为广泛，其下有超过3000个物种，因此可能全球大部分生活在热带-温带地区的人都需要适应年复一年的蝉鸣。2024-04-28 -
恐龙到底是被谁“灭门”的？有了新证据在地球漫长的演化史中，出现过许多令我们感到惊奇的远古生物，比如恐龙。但可惜的是，这些远古生物中的绝大多数早已在地球大大小小的生物灭绝事件中消失了，恐龙就灭绝于大约6600万年前的白垩纪末期生物大灭绝事件中。虽然因为以往的诸多电影和科普宣传，公众们都认为白垩纪生物大灭绝是因为一颗小行星撞击到了地球上，但实际上科学界对此依然还存在巨大争议。科学家们也在不断地寻找着“真凶”的蛛丝马迹。最近的新发现是：导致恐龙灭绝的“凶手”不止一个，可能是“团伙作案”。灭绝真凶：火山爆发还是小行星撞击？1978年，美国Dewey McLean教授最早提出他对白垩纪末期生物大灭绝原因的看法：可能是由于地球上规模巨大的火山喷发事件导致的，这种规模巨大的火山喷发事件会形成大火成岩省，并很容易被地质学家们观察到。大火成岩省（Large igneous province，LIP）是在地壳中规模巨大的火成岩的堆积，包括侵入或喷出。1992年，研究者首次用此术语描述面积大于100,000平方千米的火成岩堆积，在几百万年甚至更短的地质时间间隔内，发生基性火成岩喷出或深处侵入。德干大型火成岩省（DLIP）是白垩纪/古近纪（K/Pg）界线处主要玄武岩熔岩大量喷出的产物，构成了世界上已知最大的火成岩省之一（Bryan et al. 2010），覆盖超过 500 000 km2（Watts & Cox 1989; Deshpande 1998; Chandrasekharam 2003; Vaidhyanadhan & Ramakrishnan 2008; Philpotts & Ague 2009）。传统的观点认为德干大火成岩省喷发出大量温室气体导致了当时气候变暖并有可能由此引起了恐龙灭绝，通过对德干玄武岩火山灰的高精度锆石U-Pb定年进一步支持了这一观点。但是很快，不同的声音提了出来。来自美国的物理学家Luis Alvarez（曾获1968年诺贝尔物理学奖）和他的儿子Walter Alvarez发现意大利古比奥K/Pg界线地层里含有异常高的铱元素含量。铱作为一种铂族元素的贵金属，在地壳中含量并不高，反而在小行星等“天外来客”里含量丰富，于是他们提出了影响至今的小行星撞击说。这一极具戏剧性的假说很快就吸引到了大众的关注，随后科学家们也不断发现了更多相关证据，比如在K/Pg界线之交的地层中的鱼鳃和琥珀化石中都能发现玻陨石这种小行星撞击的证据。科学家们还确定了撞击地点，位于现今墨西哥的尤卡坦半岛上，被命名为希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub Crater）。这是一颗直径约为10~15千米的小行星，在撞击后形成了这个直径约为180千米，深度约为20千米的大型陨石坑。诺奖获得者Luis Alvarez（左）和儿子Walter Alvarez（右）于1981年在意大利K/Pg界线前合影（图片来源：wikipedia.org）一份来自中国的新线索来自中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李莎多年来一直从事对这次“灭门案件”的研究，其所带领的研究团队与中国地质大学（北京）教授万晓樵等合作，对案发当时一种特殊的线索——汞进行了跟踪研究，将（K/Pg）界线附近的海相（海洋环境中形成的沉积相的总称）和陆相（陆地环境中形成的沉积相的总称）地层中的汞记录进行了综合对比。汞（Hg），俗称水银，是常温常压下唯一的以液态存在的金属。火山活动是地质历史上重要的自然汞源，并且汞同位素可以为追踪汞源提供有效信息，所以它常常被科学家用来追踪地质史上的大型火山喷发活动。汞有7种稳定同位素（196Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg, 204Hg），汞是少数具有显著质量分馏（简称Hg-MDF, 常用δ202Hg表示）和非质量分馏（简称Hg-MIF, 常用Δ199Hg表示）的金属元素。汞同位素的分馏分为质量分馏（MDF）和非质量分馏（MIF）。Hg-MDF与一系列的物理、化学和生物过程有关，而Hg-MIF主要与二价汞（HgII）的光致还原过程有关。火山来源的汞同位素接近于零（Zambardi 等，2009）。陆生植物通过气孔吸收大气中的汞，可能导致叶子中保留光还原信号（MIF负偏）（Blum et al., ，2014），这些过程往往会在大陆系统（包括植物、煤炭、土壤、沉积物）中产生MIF负值（Shen et al., 2019）。科学家可以通过分析Hg-MIF中汞同位素的数值大小，从而追踪汞的来源（Blum et al., 2014; Štrok et al., 2015; Kwon et al., 2020; Jiskra et al., 2021）。研究人员整合了分布于全球各地26个关键剖面和钻孔资料，发现德干玄武岩喷发导致K/Pg界线之前或界线处的汞值与显生宙其他大灭绝事件界线处的汞数据具有相似的趋势。鉴于火山活动在历史上多次与大规模的生物灭绝事件联系在一起，德干玄武岩的喷发尤其受到科学家的密切关注。这些喷发通常与显著的环境变化和生物多样性的大幅下降相关联，使得德干玄武岩在白垩纪末期灭绝事件中的角色显得尤为重要。汞示踪徳干大火成岩省的全球记录 （图片来源：南京古生物研究所）研究人员综合对比中国的胶莱盆地和松辽盆地、印度德干高原地区Meghalaya、丹麦StevnsKlin和意大利Bottaccione剖面和钻孔样品中的汞同位素值，发现Hg-MIF接近于0，说明这些汞是由火山直接从地幔带出而没有经历光致还原过程（光激发产生化学还原作用）。此外，研究人员还对比了中国平邑盆地、法国Bidart、意大利Padriciano和阿根廷Bajada del Jagüel的剖面和钻孔样品中的汞同位素值，发现Hg-MIF偏正，主要代表二价汞沉积，与汞的光致还原相关；而在印度德干高原地区Jhilmili剖面，Hg-MIF偏负，推测与火山造成的陆源物质的输入有关，由于陆地物质（例如土壤和植被）主要通过大气中的Hg(0)沉积来接收汞，因此汞同位素通常为负值（Blum et al., 2014）。火山活动造成的不同汞异常所代表的地质环境示意图 （图片来源：南京古生物研究所）白垩纪末期生物大灭绝的凶手不止一个Schoene等人（2019）使用铀-铅锆石定年方法，发现在徳干玄武岩喷发期间发生了四次高量喷发期——这被称为德干玄武岩的四次幕式活动。而汞研究表明，全球分布的剖面/钻孔的汞记录与徳干火山活动的前两幕相对应：第一幕德干玄武岩喷发事件，时间约为6630万年—6615万年。正是因为此次喷发，导致了大量的二氧化碳和其他温室气体的释放，从而导致了白垩纪末期变暖事件（LMWE：Latest Maastrichtian warming event马斯特里赫特期末期变暖事件），这也使得海洋浮游有孔虫属种则发生部分灭绝、侏儒化、灾难物种盛行（灾难物种是指那些在生态系统受到重大扰动或灾难事件之后，如大规模灭绝事件之后，能够迅速扩散并占据主导地位的物种）。然而，第二幕德干玄武岩喷发事件更为恐怖，时间约为6610—6600万年，海量的喷发不仅引起了巨大的气候波动，还造成了大面积的海洋酸化。在“过山车”一样的气候变化和极度恶劣且不稳定的环境下，生物界开始连锁性逐渐崩溃，各物种开始了萎缩和灭亡。在此背景之下，小行星的撞击就像压倒骆驼的最后一根稻草，给白垩纪生物们带来了致命一击。德干火山肆掠下的生物灭绝（图片来源：National Science Foundation, Zina Deretsky）小行星的撞击对地球造成了极端的环境影响。在撞击发生的瞬间，高温和冲击波在可能瞬间消灭了撞击区域附近的大量生命，甚至连微生物都无法幸存。在这一剧烈的撞击在地表形成了直径近180千米的巨大陨石坑后， 巨大的海啸和连锁地震进一步扩大了灾难的范围，导致更多生物的死亡。紧接着，随着被扬起的撞击物的落下，地球下起了火雨。大片的植物被点燃，地球被真正意义上的燃烧了起来，海量的二氧化碳和硫化物也被抛入大气，形成的硫酸气溶胶弥漫全球。与此同时，由撞击产生的大量尘埃和碎片遮蔽了太阳——地球可能在长达数年的时间内都处于暗无天日的状态。这种长期的阳光阻断严重影响了海洋和陆地上的初级生产者，如浮游植物和植被，进而导致整个食物链的崩溃。随着初级生产者的减少，生物圈陷入了一段漫长的饥荒时期，进一步加剧了生物多样性的丧失。由AI生成的6600百万年前在撞击发生后不久的Chicxulub陨石坑（图片来源：DALL·E）最终，中国科学家依据汞数据复原出来的白垩纪生物大灭绝过程是，首先由印度德干高原剧烈火山活动引发了全球生物多样性衰退，然后由小行星撞击带来了致命一击。虽然这个案子破了，可德干火山活动第三幕（约65.9至65.8Ma）和第四幕（约65.6至65.5 Ma）的汞记录尚未发现，还有待未来的科学家们再接再厉。参考文献：[1]Li, S.*, Grasby, S.E., Zhao, X., Chen, J., Zheng, D., Wang, H., Fang, Y., Zhang, Q., Yu, T., Tian, J., Du, S., Jarzembowski, E.A., Wang, Q., Zhang, H., Wan, X., Wang, B.*, 2022. Mercury evidence of Deccan volcanism driving the Latest Maastrichtian warming event. Geology 50, 1140–1144.[2]Li, S. *, Grasby, S.E., Xing, Y., Jarzembowski, E.A., Wang, Q., Zhang, H. Wan, X., Wang, B., 2024. Mercury contents and isotope ratios in marine and terrestrial archives across the Cretaceous/Paleocene boundary. Earth-Science Reviews 248, 104635.作者：王冠群 刘芸 李莎作者单位：中国科学院南京地质古生物研究所2024-04-28 -
龙年将至，跟着“恐龙博士”寻“龙”“你们来找‘龙’？那可来对地方了！我们这儿海陆空都有！”1月26日下午，南京古生物博物馆的“恐龙博士”贺一鸣一边说话一边侧身，挥手一指，一座近乎两层楼高的恐龙骨架造型映入记者眼帘。 这是什么恐龙？它吃肉吗？南京大地上曾经生活过恐龙吗？带着这些疑问，记者一行随着贺一鸣开始在馆内寻找“龙”的身影。 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:龙年将至，跟着“恐龙博士”寻“龙”]“你们来找‘龙’？那可来对地方了！我们这儿海陆空都有！”1月26日下午，南京古生物博物馆的“恐龙博士”贺一鸣一边说话一边侧身，挥手一指，一座近乎两层楼高的恐龙骨架造型映入记者眼帘。这是什么恐龙？它吃肉吗？南京大地上曾经生活过恐龙吗？带着这些疑问，记者一行随着贺一鸣开始在馆内寻找“龙”的身影。马门溪龙——我国特有的“东方巨龙”，体长22米脖子占一半“寻龙”第一站自然是那座两层楼高的恐龙骨架。只见它身姿昂扬，长长的脖子一直伸到二楼，并呈现回首看姿态。“它脖子实在是太长了，我们层高不够。只能给它摆个回头的造型。”贺一鸣介绍，这是合川马门溪龙，头尾全长约22米，其中脖子就占近一半、有9.3米长，相当于一辆公交车的长度，1972年发现于四川省合川县（今重庆市合川区）。这种恐龙可不简单，为我国特有的一种生活在1.6亿年前侏罗纪晚期的大型蜥脚类恐龙。马门溪龙类最大的特点就是脖子特别长，是世界恐龙大家族里脖子最长的。体型如此巨大，吃肉还是吃素？透过相机放大拍摄，记者发现，它嘴里的牙齿呈现勺子状，看起来似乎不是太锋利。“马门溪龙是植食恐龙。”贺一鸣介绍，它牙齿的功能不是为了咀嚼而是用来刮下树叶。不过马门溪龙的脖子不能像长颈鹿那样抬得太高。如果头抬太高，颈部的肋骨就会把脖子戳坏。“其实大家常说的‘食草恐龙’，并不准确，应该形容为植食恐龙。因为恐龙生活的年代，我们现代意义上的草还没有真正出现。它们吃的植物一般是裸子植物、蕨类植物和部分被子植物。”？贺一鸣科普道。鱼龙——既像鱼又像龙，“年纪”比恐龙还要大看过马门溪龙，贺一鸣带着记者一行穿过一楼展厅，直奔鱼龙展柜而去，“这也是我国特有的大型鱼龙类型——邓氏贵州鱼龙。虽然它的名字中有鱼也有龙，却既不是鱼也不是恐龙，而是一种大型海栖爬行动物，它的出现时间比恐龙还要早很多，曾经是海洋里称霸一方的顶级掠食者。” ？宁镇山脉首个海爬动物化石。 中国科学院南京地质古生物研究所供图记者注意到，这只邓氏贵州鱼龙，身体呈纺锤形，外形看起来非常像鱼。说是爬行动物，可从骨架化石来看，它的四肢已经退化变成鳍脚，适合游泳。贺一鸣介绍，恐龙型类最早在三叠纪晚期出现，最早化石记录在约2.45亿年前。而恐龙还没有成为陆地霸主之前，在一片靠近海域的陆地上，生活着一种半水生的蜥形纲动物，那就是鱼龙的祖先。其祖先类群重回海洋并逐步适应海生生活后，又渐渐演化出快速游泳的鱼形体型。为更适应水生生活，鱼龙除形态的变化外，其产子方式也发生改变。鱼龙具有卵胎生繁殖的能力，最早生育方式是头先出尾再出，后来转变为尾先出头再出。这降低了鱼龙幼子出生时溺水的概率，大大提高了成活率。“鱼龙可能在南京这片大地上生活过。”贺一鸣介绍，去年化石爱好者、10岁的孟祥睿在句容青山发现了一块奇特的化石，经中国科学院南京地质古生物研究所副研究员季承初步观察研究认为，是宁镇山脉首个海爬动物化石。目前专家正对其进行进一步研究，“如果能确认是鱼龙，那将意义重大。”“中华龙鸟”与翼龙——叫鸟却是恐龙，叫龙但不是恐龙“寻龙”第三站——南京古生物博物馆镇馆之宝“中华龙鸟”。 ？“中华龙鸟”化石标本。 中国科学院南京地质古生物研究所供图只见“中华龙鸟”长约70厘米，身上披有“羽毛”，看起来既像小型的恐龙，又像一只准备飞翔的鸟。它的头骨低而长、脑颅很小，前肢短壮，后肢和尾巴长，牙齿呈锯齿状。“它名字叫鸟，实际是恐龙。”贺一鸣介绍，“中华龙鸟”化石最初发现时，因为羽毛特征的存在，曾经被专家认为是原始的鸟类，并因此而得名。但后来随着研究的深入，科学家确定“中华龙鸟”是一种小型兽脚类恐龙。据了解，古生物学家还对“中华龙鸟”身上似毛表皮衍生物的功能进行了讨论，一些人认为它可能是一种表明性别的“装饰物”；另一些人则认为它是一种保温装置，并由此推论，“中华龙鸟”身上的似毛表皮衍生物表明，小型的恐龙有可能是温血动物，也就是恒温动物。需要注意的是，博物馆内展出的“中华龙鸟”是复制品，化石“真身”保存在中国科学院南京地质古生物研究所标本馆。“因为它实在是太珍贵了，且意义重大。”贺一鸣介绍，“中华龙鸟”被发现以前，博物馆、科普书上的恐龙复原像身上一般只有鳞片，因为人们没在恐龙化石上找到毛发或羽毛的痕迹。“中华龙鸟”生活在1.2亿年前的白垩纪早期，它的发现对于鸟类来源于小型兽脚类恐龙的说法提供了有力证据。与“中华龙鸟”隔过道相望的是“翼龙”。“你知道，其实翼龙不是恐龙、也不是鸟吗？”站在一只小翼龙化石前，贺一鸣随口抛出的一句话，即镇住了记者。“翼龙其实是一种会飞的爬行动物，和恐龙生活在同一时期，两种动物是亲戚关系。”据介绍，这位恐龙的亲戚，是中生代天空的霸主，家族十分庞大，有200多个种类。其中最小的森林翼龙，翼展只有25厘米，和麻雀差不多大，最喜欢吃小虫子。最大的则是风神翼龙，站在地面上时和现在的长颈鹿差不多高，翼展足足有十多米长，和一架小型飞机差不多大。翼龙附近还有小盗龙。这也是一只带羽毛的恐龙。科学家通过对黑素体的研究，证实它身上呈现一种闪烁着金属光泽的蓝黑色，即我们通常说的“五彩斑斓的黑”。小盗龙不远处，是一窝鹦鹉嘴龙幼体，通过化石可以看出它们的嘴与现在的鹦鹉非常相像。鹦鹉嘴龙会把它们的幼儿放在一起养育，就像我们把孩子送到幼儿园一样，所以现在科学家经常发现一窝一窝的小鹦鹉嘴龙。 ？一窝鹦鹉嘴龙化石。南京日报/紫金山新闻记者 张安琪 摄原标题：《翼龙其实不是恐龙，数亿年前或有鱼龙出没？南京龙年将至，跟着“恐龙博士”寻“龙”》（原文有改动）来源：南京日报、紫金山新闻作者：张安琪、毛庆2024-01-31