科研进展
  • 中生代早期高纬度大陆气候变化研究取得重要进展
      近日,南京古生物所国际中生代湖泊系统研究小组发现三叠纪末-早侏罗世高纬度大陆气候变化极显著地受着主要由黄赤交角控制的轨道周期的驱动,相关研究成果刊登于《美国科学院院报》(PNAS)。 
      与热带(低纬度)地区相比,人们对三叠纪和早侏罗世的高纬度地区的气候、生物演化、大灭绝及地质年代的认识还很不够深入。这一不足影响了我们对早中生代地球系统功能的基本模式的解释。澄清高纬度气候对轨道控制压力的响应是解释高纬度气候模式的关键。这一问题与太阳系的稳定性相关,其中确定轨道偏心率(通过气候岁差)和倾斜状况(通过黄赤交角/地轴倾斜角度/地轴倾角/地轴倾斜率)的变化是关键。 
      古气候的地质记录为约50百万年之前的受到无序散射干扰影响的太阳轨道的解释提供了唯一约束。南京古生物所研究小组根据对我国高纬度新疆准噶尔盆地郝家沟(古纬度约60o N)(图1)早中生代河流?湖泊相含煤地层郝家沟组和八道湾组的沉积旋回性分析和与同时期低纬度盆地的沉积旋回性的对比,发现准噶尔郝家沟组上部和八道湾组下部记录了一个大约819千年的超长黄赤交角调节周期,但这一周期在低纬度大陆却缺乏记录或极端微弱(图2);在同时期低纬度盆地,黄赤交角几乎检测不到,但却存有一个1.6?1.8百万年的超长偏心率周期记录。研究小组认为三叠纪末?早侏罗世(约198?202百万年)的高纬度大陆气候变化极明显地受着主要由黄赤交角(约4万年)控制的轨道周期的驱动,但低纬度大陆气候更明显地受着气候岁差的支配。 
      研究还发现,尽管由于地球与火星的轨道谐振导致的三叠纪末?早侏罗世和现代的轨道偏心率与黄赤交角的比均为2:1,但它们的周期却大不相同,早侏罗世的偏心率周期为约1.6百万年,黄赤交角周期为0.8 百万年,但现代的这两周期却分别为2.4和1.2百万年。这一情况表明这些周期可能应随着时间而变化。 
      三叠系/侏罗系界线和三叠纪末大灭绝事件的位置也在本项研究中得到了对比(图3)。 
      以上研究为主要由黄赤交角控制气候变化的高纬度地区三叠纪末至侏罗纪初的轨道周期的建立准备了有利条件,并为大陆三叠纪末大灭绝及陆相三叠系/侏罗系界线研究提供了重要的数据。 
      此项研究得到了国家科技部,国家自然科学基金委、中国科学院、中国地质调查局和全国地层委员会的支持。 
      论文相关信息:Jingeng Sha, Paul E. Olsen, Yanhong Pan, Daoyi Xu, Yaqiong Wang, Xiaolin Zhang, Xiaogang Yao, and Vivi Vajda. Triassic-Jurassic climate in continental high-latitude Asia was dominated by obliquity-paced variations (Junggar Basin, ürümqi, China). PNAS. Doi:10.1073/pnas.1501137112. 
    02
    2015-04
  • 缅甸琥珀中发现昆虫育幼行为的直接证据
      育幼行为是动物双亲对自己的卵及幼仔的照顾行为,可以提高子代成活率。该行为广泛存在于动物中,包括哺乳类、鸟类、爬行类以及昆虫等。由于动物的行为证据很难保存为化石,我们对古代育幼行为的了解非常有限。 
      昆虫是生物界最丰富的类群,育幼行为在昆虫中广泛存在,其起源也可能非常古老。但昆虫行为学的化石证据本身就非常稀少,而寻找育幼行为的直接证据则如同大海捞针。2012年和2014年先后有两篇发表于《美国科学院院报》(PNAS)的文章分别揭示了中生代蓟马和葬甲化石的育幼行为证据。但古代昆虫育幼行为主要依据于化石形态学推测或现生昆虫系统学的间接推断,直接化石证据先前只在新生代琥珀中发现。 
      近期,南京古生物所张海春研究员领导的国际合作团队对国内、外馆藏的超过20万件缅甸虫珀标本进行了系统调查,团队成员王博副研究员与上海夏方远先生等合作在其中一枚琥珀中发现了介壳虫育幼的行为证据。介壳虫属于昆虫纲半翅目,部分种类是重要的农业害虫,通常以吸取植物汁液为生。雄虫有一对翅,足和触角发达,无口器。雌虫无翅,大部分类群的足和触角均退化,体外被有蜡质蚧壳。中生代介壳虫化石记录较为丰富,广泛出现在黎巴嫩琥珀、缅甸琥珀以及美国新泽西琥珀中。但化石绝大多数都是带翅膀的雄虫,少部分是雌性幼虫,尚未有雌性成虫报道。因此,本化石不仅代表了昆虫育幼行为最早的直接证据,也是介壳虫雌性成虫的最早记录。 
      该枚琥珀保存一个雌性成虫,其尾部带有膨大的卵囊,卵囊中保存有约60枚已孵化卵壳和未孵化的卵。此外,在卵囊下部和身体外侧保存有6个新孵化出的一龄幼虫。介壳虫雌性成虫一般生活在各种植物上,其背部则由分泌的蜡片盖住,以保护自己和后代。该介壳虫属于旌蚧科的冠类群,许多现生旌蚧科类群也具有相似的育幼结构和行为。有意思的是一些关系较远的介壳虫类群也具有类似的行为。本研究表明介壳虫育幼行为至少起源于1亿年前,表现出长期的停滞演化,进一步的系统学调查发现育幼行为可能在介壳虫祖先类群就已经出现。此行为极大地提高了该类昆虫的繁衍成功率,可能是介壳虫早期辐射演化的一个重要因素。 
      研究成果近期在线发表于国际著名刊物 eLife。美国科学学院院士、德国马普学会化学生态学研究所 Ian Baldwin 教授撰写了推荐文章,认为本研究提供了“最早的昆虫卵、幼虫、成虫共同保存的证据,为研究介壳虫育幼行为演化提供了珍贵的线索”。 
      本项研究得到中国科学院、科技部、现代古生物学和地层学国家重点实验室和德国洪堡基金会的资助。 
      论文相关信息:Wang Bo, Xia Fangyuan, Wappler T., Simon E., Zhang Haichun, Jarzembowski E.A., Szwedo J. (2015) Brood care in a 100-million-year-old scale insect. eLife, 4: e05447.
    31
    2015-03
  • 辽西发现世界上最早的典型的花
      迄今为止,全世界尚未在白垩纪之前的地层中发现典型的花,此前最早的花的化石是产自1.25亿年前义县组的迪拉丽花。近日,国家兰科中心刘仲健教授与南京古生物所王鑫研究员在英国出版的《历史生物学》(Historical Biology)杂志上在线发表了产自我国辽西1.62亿年前侏罗纪的潘氏真花。 
      潘氏真花具有典型花朵的所有组成部分,包括花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊。其花萼和花瓣有显著的分化,花药有四个药室,雌蕊包括花柱和单室半下位的子房。子房包裹着多枚有单层珠被的胚珠。这些特征使得潘氏真花成为迄今为止世界上最早的典型的花朵。 
      潘氏真花的发现为被子植物起源研究开辟了新的空间。 
      论文相关信息:Liu Z.-J., Wang X*. A perfect flower from the Jurassic of China. Historical Biology, http://dx.doi.org/10.1080/08912963.2015.1020423   
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    2015-03
  • 瓮安生物群最古老的原始动物化石研究取得重要进展
      3月10日,《美国科学院院报》(PNAS)以长文的形式在线发表了南京古生物所研究员、973项目首席科学家朱茂炎课题组的最新研究进展:在我国贵州瓮安生物群中发现了一枚6亿年前的原始海绵动物化石——“贵州始杯海绵”(Eocyathispongia qiania)。这一化石十分微小,体积只有2-3 mm3,但保存了精美的细胞结构和完好的水沟系统,是迄今为止全球发现的最古老的可靠海绵化石的记录。该发现不仅将海绵动物在地球上出现的实证记录从寒武纪向前推进了6千万年,还意味着复杂的多细胞动物起源的时间可能远远早于古生物学家的传统推测。美国《科学》(Science)杂志对该进展进行了报道。
       瓮安生物群产自贵州瓮福磷矿采区埃迪卡拉纪陡山沱组上部,主要由立体保存的多细胞藻类、大型带刺疑源类和后生动物胚胎等多种化石组成。其中的动物胚胎化石作为迄今最古老的后生动物化石记录,为研究动物在寒武纪大爆发之前的起源和早期演化历程提供了独一无二的实证材料,受到全球科学界的极大关注。但遗憾的是,瓮安生物群中发现大量动物胚胎化石的同时却缺乏可信动物成体化石,故一些西方学者对这些胚胎的动物属性提出了质疑,他们认为这些处于细胞分裂阶段,分裂形态和大小类似动物胚胎的球状化石也有可能是硫细菌、原生生物或者团藻类绿藻。最近南京古生物所袁训来研究员课题组发现,瓮安生物群中一类球形化石有营养细胞和生殖细胞的分化,并且缺乏明显的细胞壁。这些证据彻底否定了它们是硫细菌、原生生物或团藻的可能,认为这些胚胎状化石确凿无疑是多细胞真核生物,有可能是某种基干类群动物,或者是某种多细胞藻。但是这一研究没有解决瓮安生物群中到底是否存在动物化石这一受普遍关注的核心问题。  
      那么瓮安生物群中究竟有没有动物呢?朱茂炎带领的国际科研团队通过采用新的技术手段进行了大量的化石标本调查,在这一科学难题的研究上取得了新进展,在瓮安生物群中发现了一枚保存完好的“贵州始杯海绵”。“贵州始杯海绵”是保存细胞结构的三维动物成体化石,不是胚胎期化石,动物的细胞组织结构清晰易辨,终于使得瓮安生物群中是否有真正的动物化石这一疑问有了一个肯定的答案。 
      “贵州始杯海绵”化石是以磷酸盐化的形式呈三维立体的状态保存在白云质磷块岩中。论文第一作者殷宗军博士等通过使用化学溶蚀法将白云质围岩剥离后得到了完整的化石标本,然后借助大型科学装置同步辐射光源,使用目前最先进的三维无损成像方法——相位衬度显微断层成像技术,重建了该化石标本的三维结构。结果显示化石整体外观呈缠绕的管状,由三个独立的腔室共用一个实体基座组成,每一个腔室都有一个向上的开口。配合扫描电镜观察,发现标本保存了精美的细胞结构。同步辐射技术和扫描电镜观察均表明生物体已经发生了明显的细胞分化,而且标本表面的扁平细胞和现代海绵表面的扁平细胞无论是细胞形态还是细胞之间的联接方式都十分一致。化石表面不同区域覆盖的细胞具有不同的形态和定向,细胞之间发育了数量众多的小孔,这些小孔直通有开口的腔室,在腔室内壁上还发现了类似现代海绵的领细胞结构。这些小孔和腔室一起形成了简单的水沟系统,为生物体提供了与外界进行物质交换的通道。以上这些生物学特征表明它是一种与现代海绵动物非常相似的原始动物,固着在浅水区的海底通过简单的水沟系统进行滤食生活。 
      海绵动物是整个动物界中最原始的类群,它们没有真正的组织和器官,而只有细胞分化,因此在化石中识别海绵动物最理想的情况则是找到保存了细胞结构和完整水沟系统的标本。“贵州始杯海绵”的发现恰恰满足了这一要求,精美保存的细胞和完整的水沟系统使得该标本成为目前为止最古老的海绵化石,其发现将海绵动物的化石记录向寒武纪之前推进了6千万年。结合现有的动物谱系树和分子演化生物学(分子钟)的推断,该发现预示着一些与这类海绵动物有共同祖先,但形体更复杂的真后生动物在瓮安生物群中也应该出现,而所有动物的共同祖先则远早于6亿年前。这一理论上的推测为在更古老的地层中发现动物始祖化石提供了依据。 
      本项研究由科技部重大基础研究计划(973项目2013CB835000),中科院重点部署项目(KZZD-EW-02-2),国家自然科学基金委员会(41302003)和现代古生物学和地层学国家重点实验室联合资助。 
      论文相关信息:Yin ZJ, Zhu MY, Davidson EH, Bottjer DJ, Zhao FC, Tafforeau P. Sponge grade body fossil with cellular resolution dating 60 Myr before the Cambrian. PNAS.
          美国《科学》杂志报道:Oldest known sponge pushes back date for key split in animal evolution
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    2015-03
  • 莱尼蕨类在华南早泥盆世地层中首次被发现
      莱尼蕨类被认为是最原始、最早登陆的维管植物之一,它的解构非常简单,个体微小,茎干二分叉,非常纤细,直径往往还不到1毫米。莱尼蕨类最早发现于英国苏格兰的莱尼燧石层中,通常以硅化保存为主。自从莱尼蕨被报道以来,其化石产地除了英国以外屈指可数。 
      最近,南京古生物所徐洪河研究员与北京大学薛进庄副教授、中国科学院植物研究所王祺副研究员等人合作,对我国华南早泥盆世地层中的工蕨类化石进行了重新研究。华南早泥盆世植物群以工蕨类占据主体,他们对一些前人疑似为工蕨根部的化石进行了重新观察,识别出了保存有顶生孢子囊的莱尼蕨类植物。这是莱尼蕨类首次在欧美古陆以外的陆块被发现,对于探讨早期陆生植物的演化以及早期的古植物地理分区具有重要意义。 
      相关研究成果于2015年发表在国际期刊Historical Biology: An International Journal of Paleobiology。本项合作研究得到了国家自然科学基金和现代古生物学和地层学国家重点实验室的联合资助。 
      论文相关信息:Xu H-H, Xue J-Z, Wang Q. 2015. Notes on a fertile rhyniophytoid from the Lower Devonian of Guangxi, southwestern China. Historical Biology: An International Journal of Paleobiology. 27, 294-298.  
    09
    2015-03
  • 威瓦西亚虫在澄江生物群中首次被发现
      威瓦西亚虫(Wiwaxia)是一类寒武纪大爆发时期出现的造型非常奇特的代表性疑难生物,其身体背部覆盖着鳞状硬片,它奇特的身体特征使其在动物系统分类位置上一直存在争议。这类化石最早发现在寒武纪中期加拿大布尔基斯页岩动物群中,由于其硬片不易降解,易保存,零星的硬片化石在世界上14个地区的寒武纪早中期泥岩地层中被发现和报道,证实了这类动物在寒武纪时期世界性的地理分布范围。但在寒武纪早期特异埋藏化石宝库澄江生物群中一直未有发现,增添了这类动物起源的神秘色彩。 
      近日,南京古生物所赵方臣副研究员与剑桥大学 Martin Smith 博士等人合作,报道了在澄江生物群中发现的这类稀有的威瓦西亚虫化石,代表了这类动物最早的化石记录,为此类化石所代表的动物起源和多样性研究提供了新的化石材料。 
      相关成果发表在国际地学综合性期刊Geological Magazine上。 
      本项研究得到中国科学院重点部署项目、国家重点基础研究发展计划项目和国家自然科学基金联合资助。   
      论文相关信息:Zhao, F.*, Smith, M. R., Yin, Z., Zeng, H., Hu, S., Li, G., Zhu, M., 2015. First report of Wiwaxia from the Cambrian Chengjiang Lagerst?tte. Geological Magazine, 152 (2): 378–382. 
    04
    2015-03
  • 华南地区泥盆系-石炭系界线碳同位素记录研究取得新进展
      泥盆纪-石炭纪之交发生的Hangenberg生物灭绝事件,是显生宙以来最大的生物灭绝事件之一。该事件导致了古生代层孔虫的灭绝、后生动物生物礁的消亡和海洋中生物群落结构的明显变化。与此同时,全球范围内也发生了一系列的气候和环境变化,并伴随着全球碳循环异常。 
      为深入研究这一关键转折期海洋中环境变化和碳循环过程,南京古生物所郄文昆博士等对我国华南地区不同沉积相区的四条泥盆-石炭系界线剖面(贵州独山其林寨、湖南新邵马栏边、贵州长顺格董关和广西南宁隆安)的生物地层、沉积记录和碳同位素记录进行了综合研究,结果表明在泥盆纪末期中Siphonodella praesulcata带,即Hangenberg生物灭绝事件层位,全球范围内发生了一次明显的海退,并伴随着碳同位素值的一次负向偏移事件;泥盆纪末期上Siphonodella praesulcata带,伴随着海平面的上升和气温的升高,碳同位素值表现出一次明显正向偏移事件(HICE);然而,不同沉积相区的碳同位素值峰值和偏移幅度明显不同,反映出局部碳循环(如陆源有机质、营养元素输入、有机质的重新矿化)对研究区内溶解无机碳(DIC)的碳同位素组成的分布起重要的控制作用。 
      相关研究成果于近期发表在国际著名学术刊物《三古》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)。本项研究得到了国家自然科学基金的支持。 
      论文相关信息: Qie, W.K., Liu, J.S., Chen, J.T., Wang, X.D., Mii, H.S., Zhang, X.H., Huang, X., Yao, L., Algeo, T.J., Luo, G.M., 2015, Local overprints on the global carbonate δ13C signal in Devonian-Carboniferous boundary successions of South China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 418, 290-303. 
    03
    2015-02
  • 大型腕足动物大长身贝研究取得新进展
      石炭纪是著名的巨型生物时代,除了大家熟知的巨型蜻蜓、巨型蜘蛛等陆生生物,海洋中同样生活着一些体型巨大的无脊椎动物,如菊石,腕足动物等。不少研究已经表明陆地生物的大型化主要是与大气中较高的氧含量有关(石炭纪高达约35%),然而,海洋中无脊椎动物大型化影响因素目前仍无明确结论。 
      大长身贝(Gigantoproductus)是体型最大的腕足动物之一,为早石炭世地层中的一类标准化石,在野外通常聚集成层,壳体宽达10厘米以上。而地史时期绝大多数腕足动物体型不超过2-3厘米。为深入了解这类大型腕足动物的分布和演化规律,南京古生物所乔丽博士等在华南多次野外工作中采集了一定数量的相关标本,同时结合已经记录的大长身贝化石产地和地理分布研究分析了它们的分布和演化规律。 
      研究发现大长身贝的空间和时间分布具有很明显的局限性。时间上它们主要出现在早石炭世中晚期(维宪期中期——谢尔普霍夫中晚期)。空间上主要分布在欧亚地区。通过古地理重建发现,大长身贝主要是围绕中、低纬度的古特提斯洋分布(图2),因此适应赤道地区相对狭窄的区域气候和环境。因此,当早石炭世晚期全球晚古生代大冰期大规模发展,大长身贝就迅速消失了。目前有关大长身贝体型大小的影响因素仍需更多研究。 
      相关研究成果于近期发表在国际著名学术刊物《三古》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)。本项研究得到了国家自然科学基金的支持。     
      论文相关信息:Li Qiao, Shu-Zhong Shen, 2015. A global review of the Late Mississippian (Carboniferous) Gigantoproductus (Brachiopoda) faunas and their paleogeographical, paleoecological, and paleoclimatic implications. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 420: 128–137. 
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    2015-01
  • 二叠系-三叠系界线层中的微球粒研究取得新认识
      地质记录中的微球粒根据成因可以分为宇宙尘、地外物体撞击成因微球粒、火山成因微球粒、生物成因微球粒、沉积作用微球粒和现代微球形飞灰等。微球粒在各种地层中的赋存对于地层对比和地史事件研究中有着非常重要的意义,为判断和研究不同的地质事件提供了一个很好的媒介。
      以往的众多研究表明在华南多个剖面的二叠系-三叠系界线层中存在各种类型的微球粒,这些微球粒的存在被用来解释为天体撞击或火山喷发的直接或间接证据之一。然而各地区各剖面的微球粒不论是化学成分和微球粒的形态特征等都有明显不同,各个剖面的微球粒的化学或物理特征也都没有相关性,即使是对同一剖面的研究,不同研究学者也会得出差别较大的研究结果。这种情况可能不仅仅是微球粒本身区域分布上的差异造成的,因此有必要对其进行系统研究。 
      南京古生物所张华副研究员等通过对华南、新疆和西藏等地多条二叠系-三叠系界线剖面进行了详细的微球粒研究工作,对其中的微球粒取得了新的认识。从华南二叠系-三叠系界线层中微球粒的特征和化学成分来看,至今没有发现撞击成因的微球粒,或者与宇宙尘特征接近的微球粒以及其他撞击成因的矿物。华南二叠系-三叠系界线层中微球粒区域分布极其不均,成因多种多样,以往报道的部分微球粒可能是现代飞灰,该研究不支持在二叠系-三叠系界线附近发生大规模的撞击事件的说法。 
      相关成果发表在国际知名期刊《Lithos》,研究得到了国家自然科学基金的支持。 
      论文相关信息:Zhang, Hua, Shen, Shu-zhong, Cao, Chang-qun, Zheng, Quan-feng, 2014. Origins of microspherules from the Permian–Triassic boundary event layers in South China. Lithos 204, 246-257. 
    16
    2015-01
  • 分支分析重建柏科早期化石类群系统发育
      杉木属是东亚特有类群,也是我国南方的常见树种。分子系统学研究显示,杉木属是现生柏科中最早分化出的类群。化石资料也显示了杉木的古老,类似杉木的化石,如西沃德杉Sewardiodendron、似纵Elatides等在侏罗纪就已经非常繁盛。然而,尚未有研究揭示这些类似杉木的早期柏科化石类群在柏科系统树中的精确位置。它们是位于柏科系统树基干的不同演化等级,还是属于一个包括现生杉木在内的单系类群,仍然是一个疑问。 
      最近,南京古生物所史恭乐博士与美国、蒙古、日本和德国的同行组成的“蒙古白垩纪植物”研究团队系统研究并整体重建了产自蒙古国早白垩世的化石新种“周氏似纵(Elatides zhoui sp. nov.)”。化石材料为三维立体保存,栩栩如生,球果,雄球花和营养枝叶直接相连,形态上与现生杉木非常类似。化石新种以古植物学家周志炎院士的姓氏命名。研究选取22组形态特征,对包括柏科现生种和早期柏科化石种在内的22个类群进行了分支系统分析。分支分析分别采用了完全基于形态学数据的传统方法,和以分子系统发育树为骨架的分子骨架法(Molecular Scaffold)。结果显示,侏罗纪和白垩纪类似杉木的化石类群和现生杉木共同构成一个单系类群,这一单系类群位于柏科系统树的最基部,与现生柏科的其他类群构成姊妹群。 
      本项研究确证了杉木是一类非常古老的活化石,它的历史可追溯至一亿七千万年前的中侏罗世甚至更早。在恐龙的时代,杉木的祖先遍布北半球,形态和生态多样性都远高于仅有2个种、分布局限于东亚南部的现生杉木属。 
      研究成果近期以封面文章的形式发表于国际古植物学期刊International Journal of Plant Sciences,研究得到了国家自然科学基金和南京古生物所新技术、新手段研究基金的支持。 
      论文相关信息:Shi G., Leslie A.B., Herendeen P.S., Ichinnorov N., Takahashi M., Knopf P., Crane P.R., 2014. Whole-plant reconstruction and phylogenetic relationship of Elatides zhoui sp. nov. (Cupressaceae) from the Early Cretaceous of Mongolia. International Journal of Plant Sciences 175, 911–930.
    14
    2014-11