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化石扫描揭示古生物重要生长信息
早期哺乳动物的生长可能更像现代哺乳动物，而此次研究结果挑战了之前的假设。《科学进展》杂志最新发表了一项研究，揭示了早期哺乳动物在漫长“生命史”的关键时期是如何生长和发育的。包括英国伦敦玛丽女王大学在内的研究团队此次利用同步加速器X射线断层扫描技术，对化石牙根中的生长环进行成像，从而推测出这些古代生物的寿命、生长速度，甚至性成熟的时间。这是第一次如此详细地重建这些早期哺乳动物的生长模式。通过研究这些生长环的间距和质地，人们不仅可知道这些动物在不同生命阶段的生长速度，还可推断出它们的新陈代谢和整体生命史。新研究回答了关于早期哺乳动物生命史的一个重要问题：现代哺乳动物的生长模式是何时进化的？以往研究认为，早期哺乳动物的生长可能更像现代哺乳动物，而此次研究结果挑战了之前的假设。团队发现，现代哺乳动物生长模式的最初迹象（幼年动物在青春期停止生长的高增长率）起源于大约1.3亿年前最早的真正哺乳动物。相比之下，早期进化的哺乳类在一生中变化相对较小。然而，这些动物的生长速度仍然比大鼠和小鼠等现存的小型哺乳动物慢得多，寿命也长得多，最长寿命在8—14岁之间。这种生长率变化的时间，以及生长环结构的变化，表明这些动物何时进入青春期，以及何时性成熟。数据表明，虽然现存的小型哺乳动物在出生后数月内就会性成熟，但最早的哺乳动物需要数年才能达到性成熟。进一步研究发现，这种漫长的生命史在整个侏罗纪时期的早期哺乳动物中都很常见。哺乳动物独特的生命史特征，如高代谢率和延长亲代抚育时间，是经过数百万年逐渐进化而来的。侏罗纪时期似乎是这一进化的关键时期。团队使用同步加速器X射线断层扫描的技术，对化石牙骨质（将牙齿连接到颌骨的骨组织）中的微小生长环进行成像。这些环与树木中的环相似，但尺寸较小。通过计算环数并分析其厚度和质地，研究团队得以重建这些灭绝动物的生长模式和寿命。来源：千龙网编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-08-16
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考古发现完善泥河湾盆地古人类技术演化链条
作为非洲之外研究人类演化与技术发展的关键区域，泥河湾盆地在构建东亚古人类演化和行为发展模式研究领域具有巨大潜力。近日，国际地学类专业期刊《第四纪科学评论》(Quaternary Science Reviews)在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所裴树文研究团队联合汕头大学、中国科学院青藏高原研究所等单位对泥河湾盆地吉家庄旧石器遗址的最新研究成果，揭示中更新世古人类技术特点与适应行为。↑ 吉家庄遗址出土石器(叶芷供图)泥河湾盆地位于黄土高原东北部、蒙古高原向华北平原过渡地带，以密集分布上百处古人类活动遗址为国际学术界广泛关注，是构建东亚古人类演化、技术发展和环境适应策略的关键区域。然而，以往的发现与研究多集中在早更新世和中更新世晚期以后的古人类活动信息，缺乏中更新世早期的活动证据，制约了对该区域长时间尺度下古人类技术演化序列的构建和生存模式的阐释。↑ 吉家庄遗址地理位置(裴树文、叶芷供图)近年来，裴树文研究团队在泥河湾盆地河北蔚县境内进行了多年的调查和发掘，发现40多处古人类活动遗址，其中吉家庄遗址埋藏于泥河湾古湖滨相砂、粉砂和黏土层内，2016-2019年的系统发掘出土丰富的石制品和动物化石，是揭示和完善泥河湾盆地古人类活动年代序列和古人类适应行为的难得材料。据负责年代测年的汕头大学理学院海洋地质学团队涂华博士介绍，宇宙成因核素埋藏测年法是测定早-中更新世沉积物年代的一种较新技术手段。研究团队通过对文化层及其附近地层的砂层进行采样，测定沉积物中石英颗粒所含宇宙成因核素(铝-26和铍-10)的浓度，计算出沉积物的埋藏年龄;并结合埋藏深度对年龄结果进行了进一步校正，从而将古人类在吉家庄遗址活动的时间精确限定在0.63±0.11 Ma~0.49±0.10Ma 之间。↑ 吉家庄遗址地层与年代(裴树文、涂华供图)对于吉家庄遗址出土的石制品组合，团队对其进行原料利用和技术类型学研究，对剥片模式以及修理策略等相关指标进行统计分析。结果表明，古人类采取远距离(7-10km)搬运原料的策略，异地原料的获取影响了石制品技术组合的表现。硬锤锤击法是剥片的基本技术，石料的外部形态和天然角度，成为石核剥片模式的主要制约因素，而缺乏剥片组织性和剥片角度维护，使得大部分石片呈现出形态不规则的特征。然而，石核的长序列剥片和较高的石核消耗率同样引人注目。值得一提的是，石制品组合中经过第二步修理的产品含量较高(10.3%)，石器类型多样，刮削器、凹缺器、钻和尖状器等修理技术特征鲜明，甚至表现出修理程序标准化;多样的石器类型可能指示了古人类对多种资源开发利用的不同策略。↑ 吉家庄遗址出土石片的技术特征(叶芷供图)研究显示，吉家庄遗址古人类采用原料远距离搬运策略和复杂化的石器修理技术，指示该区域中更新世古人类拥有灵活性的技术特征。这样的技术特征常出现于西方的旧石器时代中期，因此，吉家庄遗址的古人类技术行为和认知能力可能超出了古人类石器技术模式1的范畴。考虑到古人类对吉家庄遗址利用的年代处于MIS 15-13，在这一超长间冰期阶段，温暖适宜的气候条件和生物资源多样性，为古人类提供了生存所需的必要条件，古人类得以拓展活动范围，并依据当地的资源条件，尝试开发石料和多种动植物资源。吉家庄古人类的技术行为特征是在泥河湾盆地资源和气候背景下产生的积极应对方略。本项研究表明，作为非洲之外研究人类演化与技术发展的关键区域，泥河湾盆地在构建东亚古人类演化和行为发展模式研究领域具有巨大潜力。对蔚县境内中更新世遗址的进一步研究，将对完善泥河湾盆地古人类技术演化模式、构建中国“百万年人类史”这一宏伟画卷具有重要的科学意义。论文第一作者为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生叶芷，裴树文研究员和汕头大学涂华博士为论文通讯作者，中国科学院青藏高原研究所李浩研究员与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究生杜雨薇、徐静玥等为论文合作作者。本研究得到国家自然科学基金和科技部国家重点研发计划等项目的支持。原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027737912400338X来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所官网作者：叶芷、裴树文编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-08-16
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临夏盆地新发现的渐新世犀牛厘定犀类的系统发育关系
新的头骨标本保留了较小的体型和较为原始的头骨整体轮廓，并在长期的演化过程中形成了特化的犬齿和深的鼻切迹，代表一个与延续至今的真犀类的起源密切相关的物种。临夏盆地位于青藏高原东北缘，发育自高原隆升以来不晚于3000万年的几乎连续的陆相沉积地层，记录了多尺度、多维度的重要科学证据，是重建环境变迁和生物演化的一个天然实验室。尤其是丰富的各门类哺乳动物化石，对于解决相关哺乳动物的演化脉络问题至关重要。近日，国际学术期刊《历史生物学》（Historical Biology）在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邓涛团队关于东乡大獠犀新属种（Megacanodon dongxiangense gen. et sp. nov.）的最新成果，为深入了解犀类在古近纪时期的演化提供了重要的证据。↑ 甘肃临夏盆地晚渐新世椒子沟组沉积地层犀超科的演化历史时空跨度大，类群异常丰富，又以古近纪时期各属种分异程度最高。犀超科中的跑犀类（hyracodonts）、两栖犀类（amynodonts）、巨犀类（paraceratheres）和真犀类（rhinocerotids）从始新世开始出现，渐新世早期达到各自演化的巅峰，并在渐新世晚期逐渐衰落，只有真犀进入新近纪并延续至今。在临夏盆地从渐新世河湖相沉积到更新世风成黄土的地层中，发现了将近30个种的犀类化石，是世界上已知出产犀类化石最丰富的单一化石产地。然而，现生的真犀如何演化而来，与其他的犀超科成员有何种亲缘关系，这一直是国际学术界讨论的热点问题，能否从临夏盆地丰富的犀类化石中发现证据？↑ 产自临夏盆地晚渐新世椒子沟组砂岩的东乡大獠犀头骨新的头骨材料产自临夏盆地晚渐新世椒子沟组下部的褐黄色砂岩层，整体侧向轻微挤压，鼻骨和前颌骨缺损。这件头骨标本发育细窄的矢状嵴，枕部略向下，关节后突和副枕突并不接触，项面整体轮廓上窄下宽。这些特征明确地指示，该标本属于一个特化程度很低的犀超科类群。然而，其在一些形态方面又有所特化：鼻切迹向后延伸到第四上前臼齿P4的位置，在上颌骨发育有特化增大的犬齿，齿根弯曲，齿冠垂直向下。而且，其上前臼齿P2和P3已经完成臼齿化，上臼齿发育反前刺和微弱的舌侧尖收缩。考虑到其头骨长度仅有约40厘米，按通常的判断应属于一个较为进步的跑犀类新属种。然而分支系统分析却显示其未出现在跑犀支系内，而是作为基干类群出现在巨犀和真犀所在的支系上。↑ 分支分析显示的东乡大獠犀的系统发育关系真犀过去被认为起源于跑犀，而犀类中更原始的是两栖犀。近年来的研究已经认识到两栖犀比跑犀更进步，但巨犀与两栖犀形成姐妹群还是与真犀形成姐妹群仍然存在争议。对东乡大獠犀系统发育关系的研究首先支持巨犀与真犀的姐妹群关系；其次，东乡大獠犀在巨犀-真犀支系中的基干位置显示另外一个被长期忽视的类群，即紧齿犀类（eggysodonts）才是这一支系的更近祖先，而不是由两栖犀直接演化而来。紧齿犀是生活于欧亚大陆渐新世的一类犀牛，过去被归入真犀科或者跑犀科，尤其是属于跑犀科的观点被广泛接受。而关于跑犀科系统发育关系争议的焦点在于该科内是否应该包含形态更为特化的犀类，例如以犬齿特化增大的紧齿犀属（Eggysodon）为代表的类群是否与以北美渐新世的跑犀属（Hyracodon）为代表的类群具有较近的系统发育关系？跑犀属头骨发育矢状嵴，鼻切迹并不向后延伸，枕部显著高于额部，保留了三个门齿，犬齿的形态和大小并不特化，前脚三趾，肢骨细长。跑犀的整体形态与貘犀（Hyrachyus）等早期犀类保持了较高的一致性，与临夏盆地新发现的这个头骨相比形态更为原始，因为后者的鼻切迹已经后退到上前臼齿P4的位置，犬齿也已经特化增大。紧齿犀属的典型特征是根据下颌标本而来：犬齿和门齿紧密相邻，犬齿和颊齿之间的距离也非常近，故此得名紧齿犀。紧齿犀属不仅发育特化增大的犬齿，门齿也只保留两枚，第三门齿退化缺失，因此是不同于跑犀的一个独立类群。新的头骨标本展示了特化增大的犬齿和后退的鼻切迹这一独特的性状组合，是建立新属种东乡大獠犀（Megacanodon dongxiangense gen. et sp. nov.）的关键，也是其在分支系统分析的结果中出现在巨犀类和真犀类所在支系的主要原因。更为重要的是，新的头骨标本保留了较小的体型和较为原始的头骨整体轮廓，并在长期的演化过程中形成了特化的犬齿和深的鼻切迹，代表一个与延续至今的真犀类的起源密切相关的物种。中国科学院古脊椎所博士毕业生卢小康（现为河南中医药大学副教授）为第一作者，邓涛研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、第二次青藏高原综合科学考察研究项目和国家重点研发计划联合资助。来源：中科院古脊椎所公众号作者：卢小康、邓涛编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-30
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中国东南部首次发现深吻型暴龙类恐龙新属种
为感谢著名古生物学家徐星院士在浙江自然博物院人才培养、科学研究和科普教育方面给予的大力支持和指导等，特将新种暴龙命名为徐氏亚洲暴龙。7月25日，施普林格•自然旗下的多学科开放获取期刊《科学报告》（Scientific Reports）在线发表了中国东南部发现的暴龙类恐龙新属种研究成果。该研究由浙江自然博物院古生物研究人员郑文杰、金幸生、谢俊芳和杜天明共同完成。为感谢著名古生物学家徐星院士在浙江自然博物院人才培养、科学研究和科普教育方面给予的大力支持和指导，以及他在恐龙学研究的贡献，特将新种暴龙命名为徐氏亚洲暴龙（Asiatyrannus xui）。亚洲暴龙生活于距今约7200–6600万年前白垩纪末期的中国东南部，虽然化石与虔州龙产自同一层位，但形态上与虔州龙（吻部狭长）明显不同，亚洲暴龙头骨为典型的深吻型（吻部前后向较短，纵向较高），与霸王龙和特暴龙等更为相似，头骨全长47.5cm，估计体长3.5–4m左右，约为虔州龙的一半。虽然骨组织分析显示亚洲暴龙未成年，但是已经过了最快速的成长期，为亚成年个体。徐氏亚洲暴龙正型标本保存了一个近完整的头骨、以及尾椎和后肢等头后骨骼。头骨以原始关节状态保存，是中国保存最完整的深吻型暴龙科恐龙头骨。支序分析显示徐氏亚洲暴龙属于最为进步的暴龙亚科，与诸城暴龙、特暴龙和霸王龙等关系较近，体型则与发现于北美极地的白熊龙更为接近，这是中国东南部首次发现深吻型头骨的暴龙类恐龙。↑ 徐氏亚洲暴龙头骨右侧视照片和线描图↑ 徐氏亚洲暴龙头部复原↑ 徐氏亚洲暴龙发现部位（黄色部分）示意图和标本照片↑ 徐氏亚洲暴龙复原图暴龙类恐龙（暴龙超科Tyrannosauroidea）是最著名、最独特、研究最深入的恐龙类群，目前已知约30个物种，最早的暴龙类出现于距今约1.65亿年前的中侏罗世，到距今约6600万年前的白垩纪末期灭绝。暴龙类恐龙中较为进步的暴龙科（Tyrannosauridae）在恐龙时代的最后2000万年左右为亚洲和北美洲的顶级捕食者，如著名的霸王龙和特暴龙等。大部分暴龙科恐龙头骨为深吻型，即头骨前后向相对较短，纵向较高，具有强大的咬合力，包括典型的霸王龙和特暴龙。此外，暴龙科中还有一支系为长吻型头骨，吻部狭长，体型也相对较为纤细，被归为分支龙类，包括分支龙和虔州龙。深吻型特暴龙与长吻型分支龙共同生活在亚洲中部戈壁地区，分支龙的体型相对于特暴龙较小，研究认为它们可能处于不同的生态位。虔州龙则生活在中国东南部，体型较大，估计体长可达9米左右，为当时的顶级掠食者。与中亚戈壁的情况相反，生活在中国东南部的深吻型亚洲龙体型较小，长吻型虔州龙体型较大。亚洲暴龙和虔州龙这两种不同头骨类型、不同体型的暴龙类一起生活在白垩纪末期的中国东南部，说明他们可能也处于不同生态位、采用不同的捕食策略以避免直接竞争。↑ 深吻型霸王龙头骨（Longrich and Saitta 2024 Fossil Study）↑ 长吻型虔州龙头骨（Lü et al. 2014 Nature Communications; Foster et al 2022 Journal of Vertebrate Paleontology,）↑ 霸王龙头部（A），亚洲暴龙（B）和虔州龙（头部）复原徐星院士是全世界命名恐龙有效属种最多的古生物学家，研究命名的恐龙也包括3种暴龙类恐龙：帝龙、冠龙和羽王龙。帝龙是首个发现保存有羽毛的暴龙类，冠龙发现时为当时已知最古老的暴龙类，羽王龙是目前已知体型最大的带羽毛的恐龙。徐星院士热衷科普，科普文章《飞向蓝天的恐龙》入选人教版小学语文教科书。↑ 2023年9月在浙江自然博物院作科普讲座论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-024-66278-5来源：浙江自然博物院作者：郑文杰编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-30
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人类的出现与长鼻目动物的急速灭绝在时间上吻合
饮食上的适应性改变和灵活性是物种形成的一个驱动因素，特别是在距今不到300万年前的新近纪末期。据一项基于化石数据的新模型研究发现，当早期人类出现时，长鼻目动物（包括现代大象和已灭绝的猛犸象）的灭绝速率增加了5倍。这项研究还将之后现代智人的崛起与长鼻目动物灭绝率增加17倍联系起来。化石记录为物种形成和灭绝会如何影响数千年来生态系统的更替提供了线索。然而，人们很难对这些影响进行建模研究。大多数的建模尝试只是纳入单一预测因素（如某一环境变化或单一特性的获得），这无法反映演化的多面性。为此，本研究作者Torsten Hauffe和同事提出了一种基于神经网络的新型统计方法，可用化石记录更细致地描绘物种的多样性。他们向该模型输入了现存的2,118块化石的信息，这些化石属于175种长鼻目动物，它们生活在3,500万年前至1万年前。该神经网络评估了17种环境和形态因子（如象牙特征和体型大小），并纳入了古温度和古环境的有关数据。模型还将与人类的互动纳入考量，其中包括大约180万年前现于更新世的早期人类以及在大约129,000年前出现的现代人类。这些发现指出，饮食上的适应性改变和灵活性是物种形成的一个驱动因素，特别是在距今不到300万年前的新近纪末期。最值得注意的是，这些结果显示，长鼻目动物的灭绝受到人类活动的强烈影响，其次是受到地理分布和牙齿形态的影响。作者就此得出结论：“我们发现，虽然人类在过去的约12万年中展现了最大的影响，但我们的研究结果也指出，早期谱系的人类影响虽然较弱但仍然显著。因此，本研究对其他研究提供了支持，因为本研究表明，人类活动对生物多样性产生了长期有害的影响。”原标题：《人类的出现与长鼻目动物（包括猛犸象在内的动物群）的急速灭绝在时间上吻合》来源： ScienceAAAS编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-29
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哺乳动物深时演化与临床医学的共鸣
一些基本的同源结构，经历了亿万年的演化，仍然可以在现生类群的发育过程中观察到。今年四月，国际期刊《自然》上同期发表的两篇关于中国云南禄丰、内蒙古燕辽生物群的侏罗纪哺乳动物的研究成果，揭示了哺乳动物最早的牙齿分化、中耳和颌关节的转化(见http://ivpp.cas.cn/xwdt/ttyw/202404/t20240404_7075599.html)，涉及到哺乳动物演化中一些最为基本的问题。该研究不仅引起大量的国际媒体报道，也被相关研究领域的研究人员注意。应《临床与转化医学》(Clinical and Translational Medicine)期刊主编邀请，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员毛方园和客座研究员孟津撰写了关于哺乳动物牙齿分化、中耳和颌关节转化相关研究跨学科性质评述，近期在《临床与转化医学》在线发表。文章旨在加强跨学科交流，扩大古生物学研究的社会影响。↑ 哺乳型动物的简化发育关系和牙齿早期分化的基本格局。图中标示为同样颜色的部位具有同源关系。结合现代生物发育和相关基因研究，评述文章用通俗简明的方式，对《自然》杂志发表的两篇研究论文进行了补充说明，概括了两篇研究论文对哺乳动物关键特征演化和多样性的突破发现以及存在的问题；此外，将两篇论文的内容融为一体，更好地体现哺乳动物在牙齿、颌关节、中耳听小骨之间的系统演化关系。评述明确提出，基于现代生物的牙齿发育，也许能解释和磨楔齿相关的牙齿演化，但不能适用于同源关系不同的绝灭类群牙齿，如蜀兽类牙齿的发育机制，在哺乳动物演化过程中很可能已经丢失。此外，评述文章依据目前已知世界范围内，保存最好的中生代哺乳型动物中耳化石标本，结合现生哺乳动物中耳、下颌关节的发育过程，清晰地阐述了两者的关系。在现生哺乳动物，包括人类的发育初期，也具有原始哺乳型动物如摩根兽、滇尖齿兽的双颌关节；在有袋类和有胎盘类产后和产前的发育早期，下颌中麦氏软骨及其衍生的锤骨和砧骨，都扮演了颌的功能，而齿骨-鳞骨关节形成较晚。这些表明，一些基本的同源结构，经历了亿万年的演化，仍然可以在现生类群的发育过程中观察到。但文章也认为现生哺乳动物发育的过程，只能部分反映(或者重演)演化关系。还有很多与生物演化以及与人类的临床医学和健康相关的问题，比如方颧骨和上隅骨在演化过程中的丢失，还未在现生类群发育过程中发现等，这些都有待进一步研究解答。↑ 哺乳动物颌关节、中耳演化的主要阶段以及它们与现代哺乳动物中耳以及下颌关节发育的对比。原文链接:http://dx.doi.org/10.1002/ctm2.1768来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所官网编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-29
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北京郊区发现泛大陆东缘最早的四足动物足迹
这中间三千万年应该记录了一次隐藏的动物群更替，即发生于约二亿七千万年前的奥尔森绝灭事件。泛大陆是晚古生代-中生代时期地球上存在过的一个超级大陆，现在所有的大陆在当时都拼合成了一体。泛大陆形成于晚古生代，位于其东部边缘的华北板块在早古生代时期是一个“孤岛”，随后与塔里木板块发生拼合，并与泛大陆的主体相连通，但连通的具体时间一直存在争议。近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘俊课题组在《国家科学评论》(National Science Review)报道了位于北京郊区的早二叠世四足动物足迹动物群——门头沟足迹动物群最新发现和研究成果，新发现和相关研究为华北板块与泛大陆连通的时间提供了新线索。自板块构造学说创立以来，陆生化石记录就一直在为陆块的拼合连通提供最直接的证据。新发现的门头沟足迹动物群为距今约三亿年前的二叠纪早期，包含形态各异、大小不一的数十个足迹，研究识别出至少包括古两栖类(离片椎类)和羊膜动物(副爬行类或真爬行类)两大类的足迹记录，是目前已知华北板块最早的四足动物化石记录。在这一时期，陆生四足动物已遍布泛大陆，在今天的欧洲、北美、北非都有丰富的化石记录，而在中国北方(华北板块)仍无确凿化石记录。因此，新发现的门头沟动物群，填补了早二叠世中国北方四足动物的空缺。而且该动物群的动物组成与同时期泛大陆主体上的动物群高度一致，说明门头沟动物群很可能是从泛大陆上经过动物群的迁徙扩散而来，这进一步表明二叠纪最早期存在着一条连通华北板块和泛大陆主体的迁徙通道。虽然冰期陆桥、竹筏漂流等可能成为单一动物、尤其是小型动物的迁徙途径，但是大小不一、属种各异的动物群体性的扩散，两个大陆的连通是生物地理学上最简约、最有可能的解释。因此，门头沟动物群证明了华北板块和泛大陆在二叠纪最早期已经连通，这对我们研究晚古生代的构造历史、古生物、古气候提供了新的古地理模型。例如，泛大陆上的季风系统在晚石炭-早二叠世就已经出现，但在早期的季风研究模型上均未把华北板块并入泛大陆，这对估算季风的强度、规模和影响力均有一定的影响。↑ 门头沟足迹群的主要四足动物脚印,包含两栖动物和羊膜动物脚印此外，门头沟动物群在生物进化学方面也具有重要意义，即真正羊膜类动物在东亚的最早记录。羊膜动物(包括现生的爬行类、鸟类、哺乳类)是真正的陆生生物，繁殖不需要水环境，其出现与早期演化被认为和泛大陆的形成息息相关，自其出现以来一直是陆地生态系统最重要的组成部分之一。最早的羊膜动物诞生于三亿两千万年前的泛大陆西缘，体型类似蜥蜴，并在随后的两千万年里迅速辐射演化，在二叠纪的最早期，已经分化成爬行类和下孔类形态各异的诸多肉食和植食种类，遍布泛大陆。中国北方缺少早期的羊膜动物记录，直到约三千万年以后的中二叠世，才在甘肃的玉门保存了多样性较高的大山口动物群，但该动物群已经比较进步，中间有较大的演化历史缺失。门头沟动物群的羊膜动物足迹形态较为原始，推测是早期的副爬行类或真爬行类留下，与大山口动物群的羊膜动物大相径庭。这中间三千万年应该记录了一次隐藏的动物群更替，即发生于约二亿七千万年前的奥尔森绝灭事件。↑ 早二叠世门头沟足迹群生态环境复原图(绘制:许勇)本研究的第一作者为陈建业，共同通讯作者为陈建业与刘俊。研究得到中国科学院战略先导项目和国际合作项目资助。原文链接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwae249来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所官网编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-29
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华北中元古代早期高于庄组中的圆盘状微生物膜化石
对于前寒武纪一些简单且具有规则形态的宏体化石来说，并不能仅仅根据大小来判断是否为多细胞生物，还要综合其他方面的证据。圆盘状碳质化石是前寒武纪最常见的化石类型之一，最早可至古元古代晚期，然而它们的生物学属性一直存在争议。近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎领导的“地球-生命系统早期演化”团队对华北燕山地区15.6亿年前高于庄组中的一类圆盘状化石进行了综合研究，结果表明这些化石是具有规则形态的微生物膜，而非此前所认为的多细胞真核生物。相关成果近期发表在国际学术期刊《地质学会杂志》（Journal of the Geological Society）上。与具有规则重复性形态的带状化石和具分枝和固着器分化的碳质化石不同，由于形态简单且缺少关键特征，前寒武纪圆盘状化石的生物学属性和成因长期存在争议。根据内部结构或有机质成分等特征，它们常被认为是多细胞真核生物或多核体真核生物（如Churaia）、原核生物（如Beltanelliformis），以及非生物成因的沉积构造。↑ 高于庄组中的圆盘状碳质化石燕山地区的高于庄组不仅含有脉冲增氧事件的地质记录，还有已知最早的宏体多细胞真核生物化石和丰富的微体化石，是研究地球早期生命演化的重要窗口。在此前的研究中，高于庄组中的圆盘状化石被鉴定为圆形的Parachuaria和椭圆形的Parashouhsienia两属，而且被认为是与新元古代的圆盘化石Chuaria类似的多细胞真核生物。但考虑到两者时代相差近6亿年，而且缺乏多细胞证据，因此该解释存在很大不确定性。本研究对高于庄组三段地层中采集到的466个圆盘状化石进行了形态测量统计、显微观察和矿物成分分析。它们表现出一个连续的数毫米至数厘米，以及从圆形至椭圆形的形态范围；纵切面均为透镜状；内部表现为明暗交替的近似平行的纹层状结构，但并未发现细胞结构。纹层由白云石、粘土矿物、有机质、以及少量石英和云母等矿物组成。矿物在纵向上规律性分布，细小片状矿物（如粘土矿物）在水平方向上定向排列。这些特征均表明高于庄组的圆盘状化石不仅具有相同的成因，而且很可能是某种特殊的微生物膜（microbial biofilm）构造，是与微生物席和叠层石类似的微生物群落而非多细胞生物个体。↑ 圆盘状碳质化石的纵切面微生物膜是现代微生物学中的一个术语，是指由一种或多种微生物及其胞外基质组成的集合体，有些微生物膜可以形成圆形、树枝状、线状、花瓣状等形态规则的肉眼可见的宏观结构。在一些环境中，细胞外基质中也可能存在矿物、粘土、淤泥等物质。微生物膜在地球历史早期可能分布很广，可以为微生物提供更适宜生存的微环境，有助于其在极端环境中存活。↑ 圆盘状碳质化石的元素分布高于庄组的圆盘状化石表明，具有规则形态的宏观微生物膜也有潜力被保存为古生物化石。因此，对于前寒武纪一些简单且具有规则形态的宏体化石来说，并不能仅仅根据大小来判断是否为多细胞生物，还要综合其他方面的证据。本研究得到了科技部国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的共同资助。论文相关信息：Chen, K., Miao, L., Zhao, F., & Zhu, M. (2024). Discoidal carbonaceous compressions from the early Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation: a fossil example of microbial biofilm. Journal of the Geological Society, 181(4), jgs2024-005. https://doi.org/10.1144/jgs2024-005.来源：中国科学院南京地质古生物研究所官网编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-23
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42亿年前的它，是我们所有生物的祖先
在短短数亿年内，地球早期生命就进化出了复杂的微生物，这些微生物相互作用，迅速形成了一个简单的生态系统。↑ 一种可能在早期地球浅水区繁衍生息的复杂微生物，可能是今天所有生命的最后一个共同祖先。图片来源：MARK GARLICK地球上所有生物的最后一个共同祖先是一种生活在42亿年前的微生物，其基因组相当庞大，编码了约2600种蛋白质。它以氢气和二氧化碳为食，并拥有抵御病毒入侵的基本免疫系统。这是7月12日发表于《自然-生态与进化》的一项新研究的结论。该研究比较了700种现代微生物的基因组，以寻找共性，确定哪些特征是最先出现的。尽管该研究没有揭示生命是如何开始的，但它表明，在地球形成几亿年后，一种与现代微生物相似的复杂细胞生物进化出来了。“我非常兴奋。”美国威斯康星大学麦迪逊分校进化生物学家Betül Kacar说，“这是一个全面的分析，也是一个很好的例子。”这并不是科学家第一次试图勾勒出所有物种在分化之前的最后一个共同祖先（LUCA）。例如，2016年，由德国杜塞尔多夫大学进化生物学家William Martin领导的研究比较了已知微生物基因组，提供了迄今最令人信服的遗传证据，表明LUCA可能是一种厌氧菌。Martin的基因分析还发现了证据，表明它是一种以氢气为食的嗜热微生物，可能生活在海底火山口附近。Martin团队在2016年的研究中没有给出LUCA的具体时间，但其他研究将LUCA的存在时间定位在38亿年前。在新的研究中，英国布里斯托大学基因组学专家Edmund Moody开发了一种能更精确预测LUCA存在时间的方法。利用微生物物种中不同但已知的基因突变率，以及物种间基因转移的速度，能够创建一种分子钟。通过构建家谱，找出哪些生物可能是从其他生物进化而来的，并追踪保守基因的遗传变化，研究人员可以大致估计出两个相邻分支的分化时间，从而确定它们共同祖先的“年龄”。Moody和同事进一步研究了在多种细菌和古细菌中发现的5组“平行”或重复的基因，它们意味着，在LUCA分裂出这些后代之前，基因倍增就发生了。Moody说，追踪一个突变是发生在这些基因的两个拷贝上，还是只发生在一个拷贝上，可以更容易确定它们复制的时间，从而确定LUCA的“年龄”。他们的分析表明，LUCA生活在大约42亿年前。没有参与这项研究的美国卡尔顿学院进化微生物学家Rika Anderson说：“这可能比其他的估计要早一点，但相差不大。”为了像Martin一样探索LUCA的生活方式，Moody研究小组追踪了350种细菌和350种古细菌的57个“标记”基因，以构建一棵生命树。Moody团队分别追踪了这些细菌和古生菌的个体基因和基因家族的进化模式，这些基因被编目在一个常用的基因组数据库中。通过比较的个体基因与物种基因的进化史，他们可以更好地确定哪些基因被复制、丢失或经历了水平基因转移。由此，他们可以推断出LUCA中存在的物质。英国科学家的分析表明，LUCA以二氧化碳和氢气为“燃料”。但他们还发现证据，表明LUCA有一种基因可以保护它免受紫外线的伤害，意味着这种微生物可能生活在地表水中——在那里它可以从大气中捕获二氧化碳和氢气，而不是生活在深海火山口。但同Martin一样，他们发现了一种被称为逆转录酶的酶的特征，这种酶通常存在于嗜热菌中，他们承认这意味着LUCA也可能在火山口周围繁殖。Moody还发现，LUCA可能有19个CRISPR-Cas9基因，这是现代细菌用来切割入侵病毒遗传物质的装置。这让Kacar兴奋不已，因为它暗示了很久以前存在的一个由微生物和病原体组成的繁荣生态系统。Anderson指出，CRISPR-Cas9系统“有点复杂”。这意味着在短短数亿年内，地球早期生命就进化出了复杂的微生物，这些微生物相互作用，迅速形成了一个简单的生态系统。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1来源：中国科学报组着：李木子编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-22
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这种灭绝古人类，与早期现代人类存在基因交流
这项研究为“尼安德特人被现代人类所同化”提供了遗传学证据，有助于进一步厘清古人类演变和进化之路。古人类基因研究领域有了新进展。我国科学家通过基因组研究证明，一种灭绝古人类在数万年前与早期现代人类存在基因交流。相关研究成果已于近日发表在国际学术期刊《科学》上。↑ 左侧为现代人的头骨，右侧为尼安德特人的头骨，二者在数万年前发生基因交流。（受访者供图）论文第一作者、东南大学医学院遗传与发育生物学系教授李黎明介绍，尼安德特人是一种主要分布在亚欧大陆西部的古人类，于约3万年前灭绝。古人类是如何灭绝的，又与现代人类有何关联？自19世纪第一块尼安德特人的骨头被发现以来，这些问题一直是科学界关注的焦点。李黎明与美国普林斯顿大学科研人员合作，采用2000名现代人、3名尼安德特人和1名丹尼索瓦人（居住在亚洲的类似尼安德特人的群体）的基因组，绘制了过去20万年中不同类型人类群体之间的基因流动。该研究通过模拟现代人和尼安德特人之间复杂的基因流动模式，识别出尼安德特人基因组中的现代人DNA。研究结果显示，尼安德特人的种群数量随时间逐渐减少，并在约5万至6万年前开始与种群数量占据优势的早期现代人类产生基因交流，逐步融入现代人类的基因库中。《科学》杂志审稿专家认为，这项研究为“尼安德特人被现代人类所同化”提供了遗传学证据，有助于揭示早期现代人类和尼安德特人群体之间的基因交流历史，进一步厘清古人类演变和进化之路。来源：新华社作者：柯高阳、闵悠然编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-22
