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关于恐龙，科学家有了新发现！

这项研究对于我们认识生物演化包括人类的演化也具有很强的启示作用。近日，中国地质大学（武汉）地球科学学院副教授韩凤禄研究团队，联合中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、云南大学、南京古生物博物馆以及美国乔治华盛顿大学的研究人员，通过对早期角龙类恐龙的颅腔形态学进行深入研究发现，随着体型的增大，角龙类恐龙在听觉、嗅觉和聪明程度等方面出现了退化。相关论文已于近日在国际知名期刊《古生物学》上发表。尽管科学家们对恐龙的外部形态有了深入的了解，但对它们的内部结构，尤其是大脑和感觉器官的了解却相对有限，虽然有恐龙的脑部软组织化石保存下来，但是非常罕见。传统的方法是通过向恐龙头骨内部填充树脂等材料来铸造颅腔的物理模型，从而对恐龙大脑进行研究。而现代研究人员大多采用计算机断层扫描技术（显微CT扫描）来扫描恐龙的头骨，重建恐龙的颅腔模型，并作为其大脑的代替。角龙类恐龙是一类生活在侏罗纪和白垩纪的植食性恐龙。早期角龙类恐龙两足行走、体型较小，只有1-2米，还没有长角，如隐龙和鹦鹉嘴龙。但是到了白垩纪晚期，经过了近亿年的演化，角龙类恐龙已经成为四足行走、体型巨大（体长可达9米），可以和霸王龙争锋的有角恐龙，如著名的三角龙。与巨大的体型相伴随的身体特征的变化，一直是古生物学者希望解开的谜团。早在1996年，本研究的合作者之一凯萨琳·佛斯特就对三角龙的脑腔开展研究。近几年，研究者们重建了三角龙的颅腔三维模型（图1）。这些研究发现三角龙的大脑相对头骨比较小，头部运动缓慢，头部习惯于向下倾斜，这有助于它们展示头部的角和颈盾，更适应听一些低频率的声音。因此研究人员推断三角龙并不是很聪明。图1：早期角龙（隐龙，左侧）和晚期角龙类（三角龙，右侧）体型和脑腔对比那么早期的角龙类是什么样子的呢？研究团队利用微计算机断层扫描（CT）技术和三维模型重建方法，详细分析了发现于中国的三种早期角龙类恐龙的颅腔结构，包括晚侏罗世的当氏隐龙、早白垩世的辽角龙和鹦鹉嘴龙。发现它们具有发育的嗅球、明显的视叶、略微突出的小脑绒叶、相对较长的耳蜗管和长且高的前半规管，据此推断早期角龙类恐龙具有比较发达的嗅觉和听觉，与晚期角龙类恐龙（如三角龙）的较低嗅觉和听觉形成对比。另外，早期角龙类恐龙的大脑体积相对其头骨较大，其聪明程度（脑商指数）显著高于三角龙，甚至高于现存的大多数爬行动物。研究人员对所有已知的角龙类和鸟脚类恐龙脑腔和内耳演化进行了统计分析，认为角龙类在进化的过程中聪明程度、听觉和嗅觉均出现了退化的现象（图2）。图2：角龙类恐龙脑颅和内耳的演化图研究人员还探讨了角龙类演化过程中头部姿势的转变，发现早期的角龙类头部更加灵活，而晚期角龙如三角龙头主要向下倾斜，这种姿势的转化很有可能和它们的取食方式有关（图3）。图3：角龙类头部姿势演化“这些发现很有意思。为什么角龙类恐龙演化过程中一些器官功能会退化？这很有可能与它们体型的增大相关。早期的角龙类体型较小，需要时刻警惕捕食者的攻击，因此在听觉、嗅觉等方面表现优异，晚期角龙类演化出巨大的体型和锋利的骨角，这对捕食者本身就有很强的威慑，因此在其它方面功能可能被弱化了。”韩凤禄说：“这项研究对于我们认识生物演化包括人类的演化也具有很强的启示作用。”编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-11
科研人员发现复杂形态促进菊石新生和灭绝速率

这项研究探究了生物形态复杂度与演化速率的关系，加深了对地球生命演化规律的认识。记者5日从中国地质大学(武汉)获悉，该校宋海军团队与法国、德国等国家学者联合完成的一项研究发现，形态复杂的菊石具有更高演化速率，为理解形态复杂度在宏观进化中的作用提供新视角。相关成果于近日发表在国际期刊《Current Biology》。生物演化速率的快慢是宏观进化中的一个关键问题。地球历史上，生物新生和灭绝速率不仅受气候、地理等环境因素影响，也与生物内在因素有关，比如生物形态特征。菊石作为一种复杂的海洋动物类群，具有极高演化速率，且其复杂形态的分支往往多样化显著，是研究形态与演化速率关系的理想对象。此项研究中，宋海军团队利用一种新度量方法——二维壳饰指数，研究了菊石的形态复杂度与新生、灭绝速率的关系，揭示了形态复杂度在菊石进化过程中的作用。研究发现，相较于光滑或简单形态，具有复杂形态的菊石同时具有更高的新生和灭绝速率。特别是在地质历史时期发生的海洋缺氧事件中，复杂形态的菊石更容易灭绝，表明复杂度在生物演化中可能既是推动力，也是一种负担。“复杂形态菊石具有较高灭绝率，可能与其高能量需求和生存环境有关。”宋海军认为，复杂形态的菊石需要更多能量来维持其复杂的外壳结构，因此更容易在资源贫乏的环境中灭绝。此外，复杂形态物种在形态分化方面具有更高变异性，从而加快其进化速率，但在极端环境变化下，多样形态也更容易被筛选淘汰遭到灭绝。据介绍，这项研究不仅探究了生物形态复杂度与演化速率的关系，加深了对地球生命演化规律的认识，也为理解现代生物在气候变化和环境污染压力下的生态策略提供借鉴。编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-06
原位微区分析揭示10亿年前的神秘化石为真核藻类

在低品位变质岩中的ICIs中可以对关键的新陈代谢副产物进行原位检测，为了解早期地球生态系统打开了一扇新窗口。研究背景与科学问题获得光合作用的能力是真核生物演化的关键一步。然而，在前寒武纪的记录中，几乎没有明确识别出光营养生物。对单个微化石中的代谢副产物进行原位微区分析是直接鉴定其代谢的关键，但迄今为止仍难以实现。在这些分子中，叶绿素和庚烷等四吡咯类化合物是细胞代谢的基本成分。这些分子通常会在埋藏和成岩的早期阶段降解，但在有利条件下也可能转化为地卟啉。地卟啉常见于新生代沉积岩的大量溶剂萃取物中，但在前寒武纪却极为罕见。目前的全岩分析方法无法将检测到的卟啉与单体化石直接联系起来，而且这种分析方法也无法应用在过成熟的岩石样品，因为即使是200°C左右相对温和的热蚀，也会影响游离生物标记物的保存。因此，如何在前寒武纪化石样品中检测到卟啉成为关键。科学内涵为了识别前寒武纪微体化石中残留的代谢产物，比利时列日大学Sforna等科学家对刚果盆地姆布吉-马伊超群中神秘的Arctacellularia tetragonala化石标本进行了原位微区分析，综合利用形态学、化学和超微结构分析与同步加速器X射线荧光（SR-XRF）和X射线吸收光谱（SR-XAS）等多种分析方法，发现了A. tetragonala细胞中与镍结合的四吡咯，确定四吡咯分子为叶绿素衍生物，说明A. tetragonala为最早的多细胞藻类之一。这一新方法适用于亿万年前的过成熟岩石，为前寒武纪真核生物光营养体的演化和早期生态系统中初级生产者的多样化提供了新的约束条件。A. tetragonala普遍出现在西伯利亚、加拿大、非洲、中国和印度的中元古代到新元古代地层中，是一种很容易辨认的微化石，由桶形细胞的无鞘链（丝状）组成，细胞之间有明显的界线，细胞末端有披针形褶皱（图1）内部还存在细胞内包裹体（intracellular inclusions，ICI）（图1b, d, h, i）。此前，A. tetragonala曾被初步解释为蓝细菌Gloeotrichia spp. 的异细胞或同源体，以及子囊菌 Fractisporonites的孢子。A. tetragonala出现真正的二歧分支、节细胞、多层壁和多细胞丝中的大型同源细胞，这一套复杂形态组合表明，A. tetragonala是真核生物，而在原核生物中，这种特征组合是从未见过的。基于这些证据，A. tetragonala属于Gloetrichia类蓝细菌的假说被排除。与此相反，在浮游藻类和底栖藻类（Stramenopiles 和 Archaeplastida，红藻门和绿藻门）的不同支系中，已知有分支多细胞丝状形态。仅从形态特征来看，不能排除其与子囊菌纲的亲缘关系。不过，据报道Fractisporonites没有分枝。是否属于其他子囊菌目也值得怀疑，因为孢子通常由外鞘组成，而在这些标本中没有观察到这种外鞘。图1 A. tetragonala 标本的显微照片。a-g 带有节细胞、等直径分枝、披针形褶皱（lf）和胞内包裹体（ICI）的分枝标本。 h, i 微化石的单列细丝 j, A. tetragonala 的草图，显示微化石的主要特征。黑星代表经过 SR-μXRF 分析的标本。为了测试A. tetragonala的生物亲和性，科学家对提取的15个标本（共163个细胞）进行了同步辐射 X 射线荧光分析（SR-µXRF）。结果表明，主要金属元素（铁、镍、±铜、±锌、±钙和±S）和一些微量元素（钛、钒、锰和铬）均匀地分布在微化石壁中，褶皱处和微化石边缘的浓度较高，这是因为这些区域的厚度较大（图 2）。钾主要与小的方形氟化物有关（图 2），这些氟化物是在脱矿后的贮存溶液干燥过程中新形成的。钙总是存在于这些氟化物中，铁、镍、铜和锌偶尔也会出现。金属还可以形成附着在微化石表面的小热点，可能是在氧化物或硫化物中（图 2）。图2 细胞内包含镍的特异性富集。a、g 所研究样本的显微照片。b-f 在 SLS（b、c 像素：1 μm，200 ms/px）、SS（d、e 像素：400 nm，100 ms/px）和相关复合图像（f，R：Fe，B：Ni）上获得的铁和镍 SR-μXRF 图谱。h-j 在 SLS（h，i 像素：1 μm，1 s/px）和相关合成图像（j，R：Fe，B：Ni）中获得的 Fe 和 Ni SR-μXRF 图谱。这些地图显示，一些 ICI 也可能富含铁，但铁在 ICI 中以小热点的形式存在，而镍则主要均匀分布。色标对应于归一化计数。(s.) 代表硫化物，(fl.) 代表附着在化石表面的氟化物。注：瑞士光源（SLS；microXAS-X05LA 光束线，瑞士维利根）和同步辐射太阳光源（SS；Nanoscopium 光束线，法国伊维特河畔吉夫）。图3 细胞内包含物的 XANES 分析凸显了四吡咯分子的存在。a 所研究标本的显微照片。b, c 在SLS 上获得的铁和镍 SR-μXRF 图谱（像素：1.5 μm，200 ms/px）显示了细胞内包裹体 (ICI) 镍和铁的富集情况。d 在铁含量较低的区域（灰色圆圈）中对 4 个 ICI 的Ni K-edge 进行的XANES 光谱及其线性组合拟合（红线），以及两种镍卟啉（NiTPP：Ni(II)-四苯基卟啉，NiOEP：Ni(II)-八乙基卟啉）、沥青和氧化镍标准的 XANES 光谱。肩部和光谱线形状是结合镍卟啉物种中配位 (IV) 镍的典型特征。拟合光谱与数据之间的差异来自于拟合所用标准物质与角质中的四吡咯分子之间的分子异质性。注：瑞士光源（SLS；microXAS-X05LA光束线，瑞士维利根）。与细胞壁相比，ICIs 中的镍特别富集（ICIs 中的镍含量是细胞壁的1.5至17倍），而细胞壁中的镍与其他金属的分布模式相同。富含镍的ICIs中铁元素含量有限（图2）。在单个化石碎片的不同细胞中，ICIs的镍和铁含量各不相同。一些ICIs可能不含铁，而其他 ICIs 则显示出不同的铁富集。高分辨率SR-µXRF显示，当铁存在时，它并不与镍直接伴生，而是形成小块随机分布在ICI中（图2）。相反，镍则广泛而均匀地分布在ICI中。XANES 数据证实了镍在四吡咯复合物中的积累。整体光谱形状以及A、B、C和D带的位置与镍卟啉标准（如镍八乙基卟啉[NiOEP] 和镍四苯基卟啉[NiTPP]）中观察到的卟啉型方阵N配位中的镍（II）一致（图3d）。这也得到了镍K-edge XANES光谱的线性组合拟合（LCF）的支持，LCF估计镍总量的90% 以上都处于这种配位中（图3d）。相比之下，光谱与石墨碳和腐殖酸配体中随机占据空位的镍原子以及NiN2O、NiN2S和NiN3复合物中配位的镍不一致。与游离卟啉相比，ICIs中镍的XANES光谱显示某些光谱特征变宽，相对强度和肩部位置也略有不同（图3d）。这种变化归因于卟啉中Ni(II)的配位发生了畸变，这些卟啉与大分子网络结合在一起，例如在沥青中观察到的畸变。值得注意的是，共价结合的四吡咯复合物的典型 XANES光谱在加热到高达480至565°C的沥青焦化残渣中得以保留，这证明了它们良好的热稳定性，也解释了为什么在经历了显著变质作用的亿万年前的化石中保留了镍-四吡咯分子。化石细胞内金属结合分子的XANES提供了一种新的方法，可以揭示经历变质作用的有机物质中的降解卟啉。这种方法为追踪卟啉以及光营养提供了可能，其可以追溯到更久远的年代。事实上，XANES能够检测与不溶性有机物结合的四吡咯结构，从而降低了样品污染的风险，并可将结合的卟啉衍生物归类到单个微化石中。研究结果表明，在低品位变质岩中的ICIs中可以对关键的新陈代谢副产物进行原位检测，为破译个别神秘微化石的生物特征提供了一种全新的方法，并为了解早期地球生态系统打开了一扇新窗口。原文来源：Sforna M C, Loron C C, Demoulin C F et al. 2022. Intracellular bound chlorophyll residues identify 1 Gyr-old fossils as eukaryotic algae. Nature Communications, 13, 146.https://doi.org/10.1038/s41467-021-27810-7.编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-04
国际最新研究发现1.61亿年前蝌蚪化石已知最古老或助蛙蟾演化研究

蝌蚪体型结构的关键特征在无尾目演化早期已经出现，这意味着大约在1.61亿年前，无尾目已经出现了明显变态的二阶段生命周期。国际著名学术期刊《自然》最新发表一篇演化研究论文称，研究人员在南美发现一个1.61亿年前的蝌蚪化石，这是迄今已知的最古老的蝌蚪，可为蛙和蟾的演化带来新见解。本项研究发现的1.61亿年前蝌蚪化石的生态复原图。施普林格·自然/供图该论文介绍，蛙和蟾属于两栖动物无尾目，它们都有典型的二阶段生命周期，水生的蝌蚪幼体会经历变态成为成体。成体蛙化石记录可追溯至晚三叠纪(约2.17亿—2.13亿年前)，但尚未发现过白垩纪前(1.45亿年前)的蝌蚪记录。论文第一作者兼通讯作者、阿根廷迈蒙尼德大学Mariana Chuliver和同事及中国科学院古脊椎动物与古人类研究所合作者一起，研究发现一件保存完好的化石蝌蚪，化石来自中侏罗纪(约1.68亿—1.61亿年前)的巴塔哥尼亚。其头部、大部分身体和部分尾部可见，眼睛、神经和一个前肢亦清晰可见，表明这只蝌蚪已在变态的最后阶段。论文作者指出，该化石的这些形态共同表明，今日蝌蚪的主要特征如滤食系统，是在约1.61亿年前的早期无尾目中就已经演化出来。这一化石蝌蚪体长据估近16厘米，非常巨大。过去在同一地点曾有记录的许多成年蛙也被认为体型巨大。大体型在无尾目历史中曾多次演化出来，但本项研究表明，这个物种是少数几种蝌蚪和成体都很大的蛙之一。论文作者总结认为，他们对蝌蚪化石新样本的研究表明，蝌蚪体型结构的关键特征在无尾目演化早期已经出现，这意味着大约在1.61亿年前，无尾目已经出现了明显变态的二阶段生命周期。编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-04
华北新芦木化石森林揭示三叠纪泛大陆绿化与湿化进程

通过对古生态和埋藏环境的系统研究，揭示了陆地植物生态系统在中三叠世的全球复苏，并促进了全球陆地“湿化”的渐进历程。二叠纪末生物大灭绝事件（~252 Ma）后，海相生态系统在百万年内快速复苏，而陆地生态环境却在迟滞千万年后（238 Ma）才完成复苏。研究显示，二叠纪末至早三叠世，地球古气候环境处于极端干热状态，但晚三叠世卡尼期却发生了持续2 Ma的极端雨期（卡尼期湿润幕事件，~234-232 Ma），并由此促成了恐龙等大型脊椎动物的起源。但是，目前对早-晚三叠世古环境和古生态演变过程的认识还存在争议。尚待解决的关键问题如：二叠纪末大灭绝后陆地生态系统究竟何时、如何完成复苏？二叠纪末-早三叠世极热气候环境是一蹴而就，还是渐进演化到晚三叠世卡尼期湿润幕事件？针对以上关键科学问题，中国地质科学院地质研究所旷红伟教授团队对华北鄂尔多斯盆地中三叠统延长组8段（~242 Ma）新发现的原位埋藏的植物化石群进行了古生态学和埋藏环境的系统研究，取得了以下主要成果：1、分析了新发现的木贼目新芦木属的生活习性、生长和埋藏环境，重建新芦木森林系统。新发现的植物化石是具有区域/全球规模的木贼目新芦木属（Neocalamites，图1）。新芦木属于高度喜湿的植物，多生长于三角洲平原分流河道间沼泽等多水环境，植株密度约为2.34株/m2，株高集中在15-35 m。据此重建了由单一新芦木树种构成的湿地森林（图2）。图1. 华北鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组新芦木化石2、揭示了以新芦木森林为代表的陆地植物生态系统在二叠纪末生物大灭绝后的全球复苏。华北新芦木是三叠纪“成煤间断期”之后最早的湿地森林植被之一，凭借其生长快速、繁殖力强、群体协同与喜水偏湿的生态习性等优势而大规模出现和成林，构成了陆地生态系统的重要能量流链。进一步的洲际对比证实，新芦木在中三叠世拉丁期-晚三叠世卡尼期大规模成林并扩张至全球，标志着二叠纪末大灭绝后泛大陆（Pangea）的绿化和陆地生态系统的恢复。图2. 三叠纪新芦木的生长环境和埋藏模式3、进一步证实了三叠纪全球陆地“湿化”的渐进历程，为其后的陆地生态系统完善做好了铺垫。团队已报道的研究显示，地球从早三叠世开始步入了逐渐脱离干旱并转向湿润古气候的演替进程：以早三叠世干热气候下的辫状河系统为起点，逐步过渡到中三叠世曲流河与湖泊-三角洲环境，最后到晚三叠世卡尼期演变为陆相湖泊系统。以新芦木森林为代表的湿地（生态系统）在中三叠世拉丁期（~242 Ma）就已遍布全球，早于卡尼期湿润幕事件约~8 Ma，进一步表明从早-中三叠世的干热型气候到晚三叠世卡尼期湿润幕的转变演化是一个逐步累积和渐进的过程。本研究以华北地区三叠纪新发现的植物化石为媒介，通过对古生态和埋藏环境的系统研究，揭示了陆地植物生态系统在中三叠世的全球复苏，并促进了全球陆地“湿化”的渐进历程，为认识早-中三叠世极端干旱和晚三叠世卡尼期极其潮湿的古气候、古环境、古生态连续演化过程，以及解读和重建大灭绝之后陆地生态系统复苏提供了科学依据。本研究由国家自然科学基金（42288201，41688103和41672111）、国家重点研发计划项目（2023YFC2906701和2018YFC0604201）和中国地质调查项目（DD20190005）共同资助，研究成果发表于国际地学期刊《Geological Society of America Bulletin》：Yuchong Wang, Hongwei Kuang*, Yongqing Liu*, Fenghua Zhao*, Nan Peng, Xiaoshuai Chen, Kening Qi, Jiyuan Li, Guilin Dong, Suping Li, Ya Li. 2024. Enhanced global terrestrial moisture from the Early Triassic to the Late Triassic: Evidence from extensive Neocalamites forests in North China. Geological Society of America Bulletin. DOI: 10.1130/B37522.1。原文链接：https://doi.org/10.1130/B37522.1原标题：《王玉冲、柳永清、旷红伟等—GSA Bulletin：华北新芦木化石森林揭示三叠纪泛大陆绿化与湿化进程》编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-10-29
蕈树科枫香型(落叶)与蕈树型(常绿)花粉鉴别的新评估与挑战

二者花粉型相近，鉴别需谨慎。蕈树科由枫香树属（Liquidambar）的15个种组成。传统分类将热带常绿的种类归为蕈树属，温带落叶树的种类归为枫香树属，它们在形态、地理分布范围和生态习性上存在一定的差异。作为木本植物群落，其化石花粉被广泛应用于古植被与古气候重建。但是，蕈树属与枫香树属花粉的传统区分方法存在不确定，需要通过增加标本种类、数量以及取自不同地理居群的更多代表性种类的补充研究来评估。图1. 蕈树科全球地理分布与研究标本原产地（数据来自中国国家标本资源平台与Plants of the World Online）近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员毛礼米课题组与中国科学院植物研究所赖阳均博士报道了蕈树科花粉形态再研究结果（Zhang et al.,2024），该研究分析与讨论了蕈树科花粉归类标准的可行性及存在的问题。研究成果在线发表于《古植物与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）。图2. 蕈树科花粉的几何形态变量的提取与测量方法 (Zhang et al.,2024)该研究利用高分辨率的光镜与电镜图像集，提取了蕈树科花粉粒几何形态的多种变量，根据多元统计方法，发现蕈树科类型的各种花粉形态特征变量高度重合而无法有效地区分为枫香型（落叶）与蕈树型（常绿），因此，以人类视觉与简单测量来区分并不可靠。另外，通过机器学习方法，发现光镜图像的形态数据模型表现出一定的准确度，其中花粉壁厚度的贡献较大，但经挖掘模型并没有提供可区分的“诀窍”。图3. 蕈树科花粉的主要几何形态变量的数量对比及主成分分析结果 (Zhang et al.,2024)本次研究认为，化石花粉分析人员在形态鉴别特征尚未明确时应保持谨慎，而非把鉴定的权柄交由“机器人”。其次，在鉴定与归类蕈树科化石花粉时，建议严谨地使用“蕈树科花粉”来统称，并非人为区分为“枫香型”与“蕈树型”两个花粉类型。图4. 基于光镜与电镜图像形态数据的随机森林模型混淆矩阵 (Zhang et al.,2024)本项研究得到了古生物学与油气地层应用重点实验室（现代古生物学和地层学国家重点实验室）自主研究课题与国家自然科学基金的资助。论文相关信息：Zhang SJ,Mao LM,Lai YJ. 2024. Reevaluation of pollen differentiation in Altingiaceae: Challenges in distinguishing deciduous (Liquidambar) and evergreen (Altingia) types using multivariate statistics and machine learning. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2024.105209.编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-10-29
中国第一个命名的翼龙化石——魏氏准噶尔翼龙的头后骨骼研究

准噶尔翼龙以其宽短的中部颈椎、肱骨近端后背侧无气孔等特征区别于湖翼龙。1963年，新疆石油部门的魏景明先生在准噶尔盆地西北缘的克拉玛依乌尔禾地区进行工作时，在下白垩统吐谷鲁群发现了一批脊椎动物化石，并交由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究。1964年，杨钟健院士研究并将其命名为魏氏准噶尔翼龙(Dsungaripterus weii)——这也是中国第一个被命名的翼龙化石，并建立了准噶尔翼龙科(Dsungaripteridae)。同年，杨钟健先生组织古脊椎所新疆古生物考察队继续在乌尔禾地区工作，在吐谷鲁群中又发现了一批包括准噶尔翼龙在内的保存精美的脊椎动物化石。1973年，杨钟健先生等人对这些材料进行了研究报道，并命名了第二种翼龙，即复齿湖翼龙(Noripterus complicidens)。由于乌尔禾地区的吐谷鲁群除丰富的翼龙化石外，还发现了龟鳖类、鳄形类、蜥臀类及鸟臀类恐龙等脊椎动物化石，杨老将其命名为“乌尔禾翼龙动物群”。最近十多年来，古脊椎所的汪筱林团队在乌尔禾地区进行了持续考察，又发现了一些准噶尔翼龙、湖翼龙和第三种鸟掌翼龙型类翼龙化石，以及翼龙、非鸟恐龙、鸟类、龟鳖类等脊椎动物足迹化石等材料。图1. 准噶尔翼龙的部分中部颈椎2024年10月16日，我国第一个翼龙——魏氏准噶尔翼龙命名的60周年之际，国际学术期刊《古脊椎动物学杂志》(Journal of Vertebrate Paleontology)以60多页的篇幅(共64幅图版)在线发表了中国科学院古脊椎所汪筱林团队关于准噶尔翼龙头后骨骼解剖学系统研究的长篇论文，为深入了解以准噶尔翼龙为代表的鸟掌翼龙次亚目(Ornithocheiroidea)的头后骨骼演化提供了详实的资料。同时，对翼龙头后骨骼的功能形态，如陆地行走时掌指关节的运动模式进行了讨论，也为准噶尔翼龙和乌尔禾翼龙动物群其他两种翼龙，尤其是同属准噶尔翼龙科的复齿湖翼龙的生态位分化提供了证据。图2. 准噶尔翼龙正模标本关联背椎、荐椎、腰带及股骨准噶尔翼龙科属于鸟掌翼龙次亚目，是一类主要生存于早白垩世东亚地区的翼龙类群，其最显著的特征是吻端部分无齿。准噶尔翼龙科的分类位置较不确定，但多数系统发育研究认为它与没有牙齿的神龙翼龙超科关系较近。限制于研究时代以及材料，以往对准噶尔翼龙科头后骨骼的研究程度相对较浅。由于前人发现的准噶尔翼龙的头后骨骼材料和近年来发现的新材料比较丰富，包括一些翼龙中研究程度较低的部位，如掌指关节、脚踝关节等，因此本项研究对准噶尔翼龙的头后骨骼进行了详尽的形态学记述。重新厘定了准噶尔翼龙的鉴定特征，其头后部分的自有衍征包括枢椎神经棘背腹侧扁、具两个向后分叉的脊，第一荐肋与腰带愈合相对其他荐肋显著推迟，肱骨近端后背侧骨壁极薄等。准噶尔翼龙以其宽短的中部颈椎、肱骨近端后背侧无气孔等特征区别于湖翼龙。一些头后特征，如肢骨骨壁较厚、颈椎及肢骨部分位置气孔缺失、除翼掌骨外至少一根掌骨与远端腕骨关联等，则代表了鸟掌翼龙次亚目的祖征。准噶尔翼龙也存在一些与其他系统发育关系较远的类群趋同的特征，例如髂骨后突贴合荐椎神经嵴(也存在于无齿翼龙)，以及中部颈椎宽短(也存在于非单孔翼龙类和掠海翼龙类)等。图3. 准噶尔翼龙的掌指关节由于翼龙化石中保存完好的脚踝关节极其罕见，前人对远端跗骨的识别存在争议。此次研究通过将准噶尔翼龙一套完整的远端跗骨标本，以及湖翼龙一件尚处半关联状态的远端后肢标本与其他翼龙的已知远端跗骨进行比较，识别出一系列同源结构并解决了这一争议。本研究还基于一件准噶尔翼龙部分关联的掌指关节，对其在陆地行走中的运动模式进行了探讨。认为翼龙的前三根掌骨在此状态下以前后叠覆而非上下叠覆的方式位于翼掌骨前侧，同时第三掌骨的远端关节绕翼掌骨远端滑车朝向后侧。这样的姿态比前人假说更容易解释翼龙前足足迹朝向行走方向外侧，并提供了相对于骨骼而言，前足足迹中前两指要更短于第三指的可能原因，即由于前两根掌骨远端通常达不到翼掌骨远端滑车处，在行走中前两指可能未能全部接触地面，导致留下的痕迹要短于整个指节的长度。该研究第一作者为中国科学院古脊椎所博士研究生宋俊逸，通讯作者为蒋顺兴副研究员，其他作者还有汪筱林研究员。本研究得到了国家自然科学基金面上项目、基础科学中心项目和中国科学院战略先导专项(B)、中国科学院青年创新促进会等的资助。论文链接:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02724634.2024.2402042编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-10-29
云南发现莲座蕨类植物新种

该化石植物具有独特的末次羽片、繁殖小羽片和原位孢子特征。云南大学古生物研究院28日消息，该院植物古生态研究团队近日在云南上二叠统宣威组发现莲座蕨类植物新种，定名为Cyathocarpus benefoliati Yu.Guo, Zhou et Z.Feng2024，相关研究成果已发表于古植物学国际期刊《古植物与古孢粉学论评》。图为Cyathocarpus benefoliatii Yu.Guo, Zhou et Z.Feng 2024 繁殖羽片。云南大学供图蕨类植物自晚古生代出现，一直演化发展延续至今，是陆地生态系统的重要组成部分。云南上二叠统盛产丰富的莲座蕨类植物化石。科研人员介绍，该化石植物具有独特的末次羽片、繁殖小羽片和原位孢子特征。其羽片为至少三次羽状复叶；末次羽轴上垂直或近垂直着生约18对互生小羽片；繁殖小羽片呈舌形，长4至6毫米，基部宽2至3毫米，其背面中脉两侧各着生一行聚合囊，每行4至7个；聚合囊呈卵形，由4至5个孢子囊组成，紧密排列于小羽片基部至顶端；孢子囊为卵形，呈辐射对称排列，直径400至600微米，无环带；原位孢子直径43至61微米，单缝，光面，属Laevigatosporites/Latosporites型，孢子外壁具三层超微结构。云南大学古生物研究院副研究员郭芸为论文第一作者，云南大学古生物研究院研究员冯卓为论文通讯作者。该项研究得到了中国国家自然科学基金委员会、云南省科技厅、中国科学院等单位项目的支持。编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-10-29
古蝉形态空间和空气动力学分析揭示中生代的“飞行竞赛”

中生代的“飞行竞赛”极大影响了翼龙和昆虫的演化，从而重塑了中生代晚期的空中生态系统。飞行是动物界极具创新性的运动方式，为飞行动物提供了诸多生存优势，极大地扩展了它们的生存空间和生态位。迄今，仅有昆虫、翼龙、鸟类和蝙蝠这四类动物演化出主动飞行能力。其中，昆虫是最早掌握飞行能力的动物，并且演化出了多样性极高的飞行策略和相应的生态适应。然而，重建灭绝昆虫的飞行能力非常困难，因此，我们对昆虫飞行能力的演化历史了解非常有限。古蝉总科（半翅目）是中生代的代表性树栖昆虫，翅展最长可达15厘米，生存时限从二叠纪晚期到白垩纪晚期（距今约2.6至1亿年）。古蝉和现生蝉类的亲缘关系较近，具有相似的形态特征和飞行机制。它们在中生代非常繁盛，保存了大量的化石记录，因此是探究昆虫飞行能力演化的理想类群。2010年，中国科学院南京地质古生物研究所博士王博和研究员张海春在检视德国晚侏罗世索伦霍芬古蝉后，发现在侏罗纪最晚期，古蝉类群存在一个明显的演替事件。晚期古蝉类群可能进化出更强的飞行能力，其潜在演化驱动因素为新兴空中捕食者的捕食压力，并据此提出了“飞行竞赛”假说。该假说虽被广泛引用，但一直缺少严格的定量验证。图1：早期古蝉（A–D）和晚期古蝉（E–H）。近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士许春鹏、研究员王博和研究员张海春，与临沂大学地质与古生物研究所教授陈军、荷兰瓦赫宁根大学实验动物系教授Muijres Florian、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士余逸伦等合作，以古蝉为研究对象开展了综合的研究工作，相关研究成果于2024年10月26日在线发表于《科学进展》（Science Advances）上。研究团队建立了古蝉的综合形态特征数据库，在此基础上构建了古蝉类的首个系统发育关系，并综合贝叶斯支端定年分析、谱系形态空间分析、形态歧义度分析和几何形态度量分析等方法，重建了其宏演化历史。此外，本研究构建了古蝉的空气动力学模型，据此定量评估了其飞行性能，阐明了该昆虫类群的飞行能力演化史。研究结果揭示了鸟类早期辐射事件对昆虫演化的影响，为中生代的“飞行竞赛”假说提供有力证据，并为探究捕食者与被捕食者间的协同演化提供了一个经典例子。此外，该成果为定量计算灭绝昆虫的飞行能力提供了新思路和新方法。图2：古蝉总科的系统发育关系（A）和形态空间演化（B）。本研究取得的主要成果如下：1. 系统发育分析揭示古蝉的类群演替事件。研究团队检视了全球范围内所有代表性的古蝉化石，综合利用最大简约法和贝叶斯法重建了古蝉总科的系统发育关系，并识别出了并系的早期古蝉和单系的晚期古蝉两个类群。早期古蝉具有近似椭圆形的前翅、相对较大的后翅以及较小的中胸；晚期古蝉则具有近似三角形的前翅、相对较小的后翅以及较大的中胸。研究结果进一步揭示了侏罗纪—白垩纪之交的古蝉类群演替事件：原本占据主导地位的早期古蝉开始衰落，同时晚期古蝉开始崛起。图3：古蝉总科前翅翅脉结构的形态空间分析（A–B）、物种多样性统计（C）和形态歧义度计算（D）。2. 综合形态空间分析揭示古蝉的表型宏演化史。在重新校验全球古蝉化石的基础上，提取了综合的形态学数据（包括前翅翅脉结构的离散型数据和前翅翅形的连续型数据），建立了古蝉化石的形态特征数据库，基于翅脉结构开展了主坐标轴分析和非度量多维尺度分析。结果表明，古蝉从早期到晚期的演替过程中发生了明显的形态空间迁移，并伴随形态歧义度的显著下降。翅形主成分分析表明，演替过程中也伴随着明显的翅形演化：由早期古蝉的近似椭圆形向晚期古蝉的近似三角形演变。总之，综合各类形态空间分析结果表明，古蝉在这次类群演替事件中发生了明显的表型演化。3. 构建空气动力学模型并重建古蝉的飞行能力演化史。本研究构建了古蝉的空气动力学模型以计算其飞行能力的演化。对古蝉开展了全面的形态度量工作，测量了包括前翅翅长、前翅弦长、前翅面积、胸部长度和宽度等在内的各项形态学数据。基于上述测量数据，分别计算了翅载荷、翅展弦比和飞行肌肉占比三项参数，并定量评估了该类群的飞行能力。结果表明，相比早期古蝉，晚期古蝉的翅载荷提高了92%，其飞行速度有39%的提升；飞行肌肉占比提高了19%，显示其飞行灵活度和飞行速度的提高；前翅展弦比提高了15%，进一步证明晚期古蝉具有更快的飞行速度和更高的飞行效率。空气动力学研究显示在该演替事件中，古蝉发生了显著的形态学演化，促使其飞行能力得到显著提升，包括更快的飞行速度、更高的灵活度以及更高的飞行效率。图4：古蝉总科前翅翅形的形态空间分析（A–B）和飞行能力计算（C–D）。4. 为中生代的“飞行竞赛”假说提供证据。在晚侏罗世到早白垩世之间，早期鸟类经历了显著的辐射事件，并迅速占据了森林中的生态位。早期的鸟类多为食虫性，而体型硕大的古蝉是其理想的食物来源。本研究发现侏罗纪—白垩纪之交的古蝉类群演替事件，在时间上与早期鸟类的大辐射相吻合。因此，早期鸟类的繁盛很可能对古蝉的演化产生了定向选择压力，促进了古蝉的类群演替，导致了早期古蝉的衰落以及飞行能力更强的晚期古蝉的崛起。这一结果也为鸟类引起的中生代“飞行竞赛”假说提供了有力证据。鸟类这一新兴飞行动物的起源和辐射，很可能对已有的飞行生物（昆虫和翼龙）产生严重的影响，引发了一场中生代的“飞行竞赛”。在早期鸟类的辐射过程中，翼龙也发生了明显的演化事件：由体型较小、食虫为主的基干类群，逐渐演替为体型较大、食性多样化的翼手龙类。作为潜在的竞争者，鸟类的繁盛可能促进了翼龙的类群演替。此外，作为捕食者，早期鸟类的辐射事件也给昆虫带来了新的捕食压力，例如蜻蜓目的演替事件：间翅亚目主导转变为差翅亚目和均翅亚目主导，并且演化出复杂的翅斑以及更高效的产卵结构。总之，中生代的“飞行竞赛”极大影响了翼龙和昆虫的演化，从而重塑了中生代晚期的空中生态系统。图5：中生代鸟类与古蝉之间“飞行竞赛”的生态复原图。该研究由中国科学院南京地质古生物研究所、临沂大学、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、德国耶拿大学、荷兰瓦赫宁根大学、美国自然历史博物馆以及英国自然历史博物馆的研究团队共同完成。研究得到国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委和德国洪堡学者基金会的资助。南京古生物所画师杨定华为该成果绘制复原图。论文相关信息：Xu Chunpeng, Chen Jun, Muijres F. T., Yu Yilun, Jarzembowski E. A., Zhang Haichun, Wang Bo (2024) . Enhanced flight performance and adaptive evolution of Mesozoic giant cicadas. Science Advances. https://doi.org/10.1126/sciadv.adr2201.Wang Bo, Zhang Haichun, Wappler, T., & Rust, J. (2010) . Palaeontinidae (Insecta: Hemiptera: Cicadomorpha) from the Upper Jurassic Solnhofen Limestone of Germany and their phylogenetic significance. Geological Magazine, 147(4), 570–580. https://doi.org/10.1017/S001675680999089.编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-10-28
深海探秘：洋壳非生物成因有机质为生命起源提供新启示

该项研究工作不仅为矿物参与自然有机催化反应奠定了基础，也为在其他天体热液系统中识别生命痕迹提供了重要参考。生命起源是最具挑战性的科学问题之一。深海热液系统被认为是生命起源的潜在场所，也是探索地外生命的重要关注点，为早期地球前生命化学反应提供了理想的物质和能量，驱动了非酶催化条件下有机小分子的形成。在此基础上，矿物催化的有机聚合反应，为后续复杂生物分子的产生奠定了基础，推动了生命从简单有机分子到复杂功能结构的演变，最终导致早期生命形式的出现。图1. “深海勇士” 号载人潜水器近日，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员南景博（文章第一作者）、中国科学院深海科学与工程研究所研究员彭晓彤（文章通讯作者），与荷兰乌得勒支大学、北京高压科学研究中心等国内外多家单位科研人员合作，报道了西南印度洋脊岩石圈地壳中的非生物成因有机质，并阐述了有机质在分子层面的形成机制，揭示了自然界非生物有机合成的关键路径。最新研究成果以封面论文形式发表在《美国科学院院报》（PNAS）杂志。图2. 西南印度洋脊洋壳中微米级的非生物成因有机质及周围针铁矿的扫描电子显微镜照片解析大洋岩石圈中非生物成因有机质的形成过程是理解地球深部碳循环、极端环境生物圈能量来源以及前生命过程和生命起源等前沿科学问题的关键。这些科学问题与国家“十四五”规划中深空、深地和深海探测的科学任务紧密相关，并得到国际科研组织的广泛关注，如涉及55个国家的超过1200名科学家参与的深部碳观测计划（Deep Carbon Observatory）以及国际大洋发现计划（IODP）399航次等。图3. 多模态微区原位分析技术显示了有机质（CCM）中特征生物分子官能团的缺失前人针对岩石圈地幔中不同类型的非生物成因有机质进行研究，发现它们常赋存在俯冲带及洋中脊等水-岩相互作用剧烈的区域，其中，特殊的含铁催化性矿物对这些有机质的形成至关重要。然而，对于这些矿物表面有机合成途径的机理研究仍相对较少。如果想准确识别岩石中的非生物有机质，并为寻找地外生命痕迹提供依据，深入的分子层面的非生物有机合成机理研究尤为重要。图4. 密度泛函理论计算揭示针铁矿（001）表面上的CO2加氢反应和C-C增长的反应路径为此，南景博等人通过研究“深海勇士”号载人潜水器获取的玄武岩样品（TS-10航次），首次报道了在西南印度洋脊浅部洋壳中微米尺度赋存的非生物成因有机质，并发现这些有机质与针铁矿等水岩反应的产物具有密切的空间相关性。科研人员利用多模态微区原位分析技术，包括电子显微镜、飞行时间二次离子质谱仪以及光诱导力-纳米红外光谱仪等，综合确认了有机质中特征生物分子官能团的缺失，从而揭示了其非生物成因。在此基础上，科研人员结合密度泛函理论计算，提出了针铁矿在分子尺度对于非生物有机质催化合成的重要性。其中，热液流体中的氢气在针铁矿表面的催化循环，对二氧化碳的初始活化和有机质聚合过程中的碳链（C-C）生长起到了关键作用。这一研究开创性地将基于高精度微区分析的密度泛函理论计算应用到天然非生物有机合成过程，深入理解了洋中脊这一关键自然实验室中非生物有机质的形成机理。该项研究工作不仅为矿物参与自然有机催化反应奠定了基础，也为在其他天体热液系统中识别生命痕迹提供了重要参考。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、欧洲研究理事会启动基金和荷兰研究理事会（NWO）Vidi基金的支持。论文相关信息：Nan, J., Peng, X., Plümper, O., Ten Have, I.C., Lu, J.G., Liu, Q.B., Li, S.L., Hu, Y., Liu, Y., Shen, Z., Yao, W., Tao, R., Preiner, M., and Luo, Y. 2024. Unraveling abiotic organic synthesis pathways in the mafic crust of mid-ocean ridges. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), https://doi.org/10.1073/pnas.2308684121.编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-10-24

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