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三叠纪大灭绝后陆地生态如何复苏？1.9亿年前“渝州生物群”揭秘

未来对这些化石的持续研究，或能揭示更多关于早侏罗世陆地淡水生态系统恢复的信息。发生在约2.01亿年前的三叠纪大灭绝，是地球历史上最大的灭绝事件之一。这一事件对海洋生态系统的生态影响证据较为充分，但由于化石记录稀缺，对陆地生态系统的影响仍不清晰。三叠纪大灭绝后陆地生态如何在早侏罗世复苏是地质古生物学研究中关注的热点之一。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐光辉研究员联合重庆市规划和自然资源局等相关研究人员，通过研究重庆早侏罗世(距今约1.99亿—1.93亿年)湖泊沉积地层中一个保存完好的化石组合，命名为“渝州生物群”，揭示出三叠纪大灭绝之后中国发现的首个复杂湖泊生态系统。“渝州生物群”生态复原图。徐光辉/供图这项重要古生物群化石发现及研究成果论文，北京时间11月22日凌晨在施普林格·自然旗下开放获取学术期刊《科学报告》上线发表，为早侏罗世陆地淡水生态系统带来新见解，并加深科学家们对水生生物在三叠纪大灭绝之后如何适应的理解。论文通讯作者徐光辉研究员接受记者采访介绍说，“渝州生物群”化石于2021年初由重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队任廷聪带队在重庆北部的野外工作中发现，包含从小型贝类到较大捕食者等大量、多样的物种，具体包括辐鳍鱼、肺鱼、鲨鱼、蛇颈龙类、双壳类、螺类、各种植物和粪化石(消化物残余化石)。其中，几千块辐鳍鱼标本，长度从0.13米到近0.7米不等，还发现了侏罗纪时期完整的肺鱼标本。“渝州生物群”中的鳞齿鱼类化石。徐光辉/供图此外，“渝州生物群”中发现的淡水蛇颈龙类化石为这一动物类群提供了更多信息；化石粪便提供的证据表明，蛇颈龙类是这一生态系统中的顶级捕食者，主要捕食包括肺鱼等各种鱼类。值得注意的是，“渝州生物群”中的蛇颈龙类以及弓鲛类鲨鱼(一类已灭绝的古代鲨鱼)和唯一现存肺鱼目角齿鱼等多种鱼类，都是首次出现在中国三叠纪末灭绝事件后的地质记录中。“渝州生物群”中的真骨鱼类化石。徐光辉/供图徐光辉表示，这些化石研究发现表明，“渝州生物群”代表了中国在三叠纪末大灭绝后已知最古老、最复杂的湖泊生态系统。目前，“渝州生物群”尚未得到充分探索，许多收集的标本尚未进行详细研究，未来对这些化石的持续研究，或能揭示更多关于早侏罗世陆地淡水生态系统恢复的信息。编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-22
季风-西风跷跷板变化调控末次冰消期东北南部植被-气候变化

这些新认识增强了对冰消过程中温带区域植被和气候对高-低纬过程响应差异的理解，为了解气候变暖对生态植被影响及未来气候变化预测提供了重要依据。末次冰消期(约19.0-11.7ka BP)是全球气候转变的关键时期，地球经历了从典型冰期至间冰期的升温过程，可作为未来气候环境演变的理想相似型。这一过程中全球平均温度回升5~6℃，CO2浓度从180增至260 ppmv，海平面上升约134 m，显示出整体回暖增温的基本模态。与此同时，末次冰消期期间北半球依次发生海因里希1冷期(HS1)、博林-阿勒罗德暖期(B-A)和新仙女木冷期(YD)等重要千年尺度事件，表明冰消期气候系统呈现显著的不稳定性。人类社会在此期间得到长足发展，开始了对动植物的驯化，为全新世农业革命的来临奠定了基础。因此，理解这一地质增暖期期间千年尺度突变事件的空间特征及驱动机制，是古气候及全球变化领域长期关注的重点研究课题。中国不同地理环境的末次冰消期气候变化在不同大气环流系统的控制下表现出时空差异性。其中，中国东北是亚洲季风和西风相互作用的重要区域，研究显示区域生态植被系统对气候振荡具有较高的敏感性。然而，长期以来，末次冰消期中国东北的水文气候变化历史及驱动因素仍然存在争议。主要集中于:(1)不同时段季风与西风对区域气候的主导作用未达统一；(2)区域内不同单元气候演变模式存在差异；(3)气候变化对不同植被群落演替的影响时间和方式不尽相同。破解这一问题的核心不仅在于更多高分辨率记录的获取，更需集成广泛植被-气候数据从更大时空视角理解各区域间的可能联动及其背后的动力学过程。图1.研究区气候背景、地理位置及钻孔采样点。(a) 中国主要大气环流系统，东亚夏季风和印度夏季风将大量水分从热带地区输送到中国南方，梅雨是指中国江淮流域初夏(6-7月)由冷暖气团汇聚形成的准静止锋所引起的雨季。(b) 研究区域地形水系以及研究点的地理位置。(c) 布日敦湖及钻探点位(王建供图)图2.布日敦湖~16.0 ka以来主要植被类群的花粉百分图谱(王建供图)针对上述关键科学问题，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古环境演化室李小强研究员科研团队选取东北南部内蒙赤峰地区布日敦湖的高分辨率湖相沉积(图1)，利用AMS14C年代数据建立稳健的时间框架，借助花粉、XRF元素、总有机碳、总氮等多指标构建过去约16.0 ka以来的植被与气候历史(图2)。在此基础上聚焦末次冰消期数次千年尺度事件的变化特征，通过对比中国东北北部-东北南部-北方-中部数十条高分辨率记录的干湿相位关系，揭示了末次冰消期东北南部植被-气候演变的调控机制。图3. 东北南部植被-气候数据与 16-10 ka 区间内的区域和全球记录的对比。 (a)布日敦湖 Rb/Sr 比值代表夏季降水强度； (b) 布日敦湖落叶森林花粉百分比指示有效降水； (c) 华北公海湖年降水量重建； (d)豪猪洞Sr/Ca比值表明中东部水文气候变化； (e) 北半球(30°–90°N)综合温度记录； (f) 格陵兰冰芯NGRIP δ18O反映的温度记录； (g) GGC-5钻孔231Pa/ 230Th比率指示的北大西洋经向环流(AMOC) 强度； (h) 青海湖西风气候指数； (i) 葫芦洞石笋 δ18O 记录表明的东亚季风环流强度； (j) 印度-太平洋暖池的热含量变化； (k)北纬 65° 夏季太阳辐射。其中浅紫色、绿色和蓝色背景分别表示HS1、BA 和 YD。图4.末次冰消期HS1 (a)、B-A (b) 和 YD (c) 期间季风-西风跷跷板变化对中国水文气候影响的概念示意图。其中西风急流与季风的交汇带基于古气候记录的相位关系，并参考现代地形和气象资料，西风急流与鄂霍茨克高压之间的潜在关系是基于现有记录的初步猜想(王建供图)该项研究获得如下新认识:(1)多指标重建显示该区域的植被和气候变化对不同千年尺度事件表现出较为敏感的响应特征，区域降水在HS1结束前已略有增加，而森林增长始于博林中期，这种滞后表明水热条件调控了区域植被(图3)；(2)B-A暖期呈现持续的湿润趋势并伴随数次百年尺度振荡，与东亚夏季风强度及印太暖池的热含量的变化相吻合，但与格陵兰冰芯氧同位素数据表示的持续降温呈相反态势，表明低纬季风对暖期的主导；(3)HS1和YD两段冷期东北南部呈现冷干模态，与中国中东部由于梅雨季节延长造成的冷湿模式形成对比，后者对应于季风降水带的退却和西风急流的增强，指示中高纬西风对冷期的深入调控。(4)集成更广泛的高分辨率记录，并对比末次冰消期不同冷暖事件中各区域水文变化的相位关系，支持中国东北南部的水文气候主要受低纬季风(暖期)和高纬西风(冷期)的关键调节，两者总体呈现一种“跷跷板”式的此消彼长变化(图 4)。这项工作确定了冰消期间高纬和低纬驱动因素对中纬地区植被和气候的共同调节，并强调了变暖期间低纬水文过程的显著持续影响。这一发现与变暖事件的高纬起源性质并不矛盾，支持高纬和低纬强迫在变暖过程中充当全球水热变化的开关和引擎。这种差异凸显了低纬水文过程对主导的两极温度不对称性的响应和调控，符合冰盖的缓慢融化滞后于温度的快速上升的基本事实。由于低纬驱动因素对外部辐射强迫和高纬气候过程的敏感性，两极之间温度的跷跷板变化可通过海-气相互作用转变为陆地某些环流辐合区水文气候的跷跷板变化。总之，季风-西风跷跷板变化假说和及其影响的梅雨季节调控可有效解释末次冰消期中国东北-北方-中部干湿相位的时空差异。这些新认识增强了对冰消过程中温带区域植被和气候对高-低纬过程响应差异的理解，为了解气候变暖对生态植被影响及未来气候变化预测提供了重要依据。相关成果近日以“Seesaw between the westerlies and Asian monsoon regulates vegetation and climate during the last deglaciation in southern Northeast China”为题发表于地球科学领域一流期刊《《第四纪科学评论》(Quaternary Science Reviews)。论文第一作者为中国科学院古脊椎所博士毕业生王建(现为中国科学院大学博士后)，通讯作者为赵克良青年研究员。此项工作参与者包括中国地质大学(北京)、中国科学院大学、中国科学院地质与地球物理研究所、重庆师范大学、成都信息工程大学等多位研究学者。上述成果受国家重点基础研究计划项目 (2022YFF0801502)、国家自然科学基金 (T2192952，42303017)、中国科学院青年创新促进会项目(2023080)和中央高校基本科研业务费专项项目(E3E40905)联合资助。原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379124005109编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-21
脆弱异特龙前肢运动范围研究新进展

通过趣味互动科普带大家走进古生物研究领域，让观众能够接触到最前沿的科研资讯，体验自然科学的魅力。继2022年正佳自然科学博物馆与中国地质大学（北京）邢立达课题组联合发布馆藏异特龙化石的病理学研究成果后，馆校双方再次深入合作，攻克难关，利用新技术、新方法开展异特龙的生物力学研究，并于近期在国际期刊《Historical Biology》上发表了一篇最新科研成果——《脆弱异特龙前肢运动范围》。这项研究聚焦于侏罗纪时代的顶级掠食者——异特龙，课题组对其前肢运动进行了深入的分析，为理解异特龙的捕猎策略和生存挑战提供了新的视角。据悉，这是正佳自然科学博物馆自开馆以来发表的第三篇SCI学术论文。突破性研究，3D科技揭秘异特龙前肢运动异特龙是北美晚侏罗世莫里逊组地层中最常见的兽脚类恐龙属，以其至少保存下来60具化石骨架而闻名于世。针对异特龙不同身体部位的运动范围研究，是古生物力学这一新兴学科分支中的重要研究。正佳自然科学博物馆所收藏展示的异特龙，昵称“大卫”是中国唯一公开展示的异特龙真标本，保存完整度高，尤其是头骨和腹膜肋的保存状态极为罕见。异特龙生活在1.55亿到1.45亿年前的侏罗纪晚期，以其强壮的身体和灵活的动作著称，被誉为“侏罗纪霸主”。自2021年年底“大卫”亮相博物馆恐龙展厅以来，它不仅是颇受瞩目的“明星”，也是博物馆科学研究的重点。为了更好地利用现代技术对异特龙进行古生物力学研究，研究团队使用激光扫描获取了化石表面的形态学模型。而后，对前肢数字模型进行了三维安装，对其前肢进行了全面运动范围评估。这一过程也极大地降低珍贵化石标本在研究过程中不必要的破坏和磨损。本次研究揭示了异特龙前肢的灵活性：肩肘关节屈伸超过70度，指关节最大屈伸达90度，显示其前肢在捕猎中至关重要。异特龙肩关节有限的活动范围表明，前肢主要是捕捉猎物，但不能再向前，这表明首先接触到猎物的是嘴部，而手掌则可以用于抓住胸部或颈部以下的猎物或钩住物体。除了发现异特龙前肢的运动特性，本次古病理研究还揭示了其在右肩受伤后展现出的惊人恢复力。尽管最终或许是因捕猎方式变化导致食物短缺而灭亡，但在它生命终结时右肩的损伤已然痊愈。邢立达课题组梁晴晴博士表示，这些发现使我们更生动地了解了异特龙的生存挑战和传奇冒险，帮助我们理解异特龙在进化中适应环境变化，仿佛在诉说着远古时代的传奇冒险。持续探索恐龙时代的奥秘作为国家二级博物馆和广东省首家自然科学博物馆，正佳自然科学博物馆收藏了千余件珍稀的古生物化石，为古生物研究提供了重要的基础材料。基于这些藏品，博物馆与客座研究员邢立达副教授团队合作，自开馆以来持续开展深入的研究工作并发表相关成果：对异特龙“大卫”的研究是中国首次对北美大型兽脚类恐龙进行的古病理学和系统发育研究；对广州恐龙蛋化石的研究进一步巩固了广州作为“恐龙背上城市”的地位，为揭秘恐龙世界提供了宝贵的线索和材料。为使公众更好地理解这些研究，实现科研成果的科普转化，正佳自然科学博物馆针对研究成果开发了丰富多彩的科普项目，包括推出“恐龙医院”“恐龙捣蛋计划”项目等。今年10月，博物馆对“恐龙之家”展厅进行了全面升级，用生动好玩的方式展示科研成果。比如通过复刻CT机交互道具展示异特龙病理学研究成果，用互动形式展示中学生发现的广州恐龙蛋化石碎片，召集广大年轻人成为广州“寻龙少年”……通过趣味互动科普带大家走进古生物研究领域，让观众能够接触到最前沿的科研资讯，体验自然科学的魅力。原文标题：《揭秘侏罗纪顶级掠食者！正佳自然科学博物馆恐龙研究成果再添一项》编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-21
177万年前化石研究：早期古人类或兼具类猿早熟和类人发育延迟

该项研究结果表明，人类祖先的发育模式可能比之前认为的更加多变。国际著名学术期刊《自然》最新发表一篇演化论文称，研究人员通过分析来自格鲁吉亚德马尼西的距今177万年前的古人类牙齿化石，发现早期古人类或结合了类猿的早熟和类人的发育延迟的特征。这一研究结果为人类古代近亲的发育过程提供了新认知。格鲁吉亚德马尼西早期智人的一个年轻个体头骨和牙齿的X射线视图。施普林格·自然/供图该论文介绍，与最近的现生近亲大猿相比，人类有多个独有特征，包括童年期延长和成熟期延迟。牙齿对于理解演化改变的历史具有重要意义，因为牙齿能保留渐进的生长模式，用于推断发育速度和时间。已知人类牙齿比大猿牙齿成熟得慢，尤其是恒磨牙，并且这与不同灵长类的大脑发育速度以及身体成熟速度相关。此次研究的德马尼西化石可追溯至177万年前，代表了非洲以外的部分人属最早成员，为研究人员了解早期人类发育过程提供了机会。在本项研究中，论文第一作者兼共同通讯作者、瑞士苏黎世大学Christoph P. E. Zollikofer和同事及合作者一起，利用先进成像技术分析了一名德马尼西早期人属个体的牙齿微观结构，这名个体在约11岁牙齿成熟前刚刚去世。他们研究发现，该个体牙齿发育速度很快，与现生大猿类似。然而，这名个体具有与人类类似的、后牙发育晚于前牙以及牙齿发育高峰较晚的特征。论文作者认为，这种兼具了类似大猿与类似人类的牙齿发育特征表明，早期人属在生活史整体减慢前就演化出了更长的发育阶段，这可能与生物文化繁殖(涉及生物与文化两方面)有关，而不是与大脑发育有关。《自然》同期发表同行专家的“新闻与观点”文章指出，该项研究结果表明，人类祖先的发育模式可能比之前认为的更加多变。编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-18
中国最大甲龙类恐龙获得新命名

这个新的甲龙类属种，命名为“兽纹华夏胄龙”。近日，云南大学和江西省博物馆合作研究的一件来自江西省抚州市广昌县晚白垩世（大约8400万年至7200万年前）的甲龙类标本，被认定为一个新的甲龙类属种，命名为“兽纹华夏胄龙”。1986年5月4日，江西省抚州市广昌县甘竹镇龙溪村的村民在进行农活时发现了一具甲龙类化石，当地有关部门随即对其进行抢救性挖掘。由于化石的体型巨大且保存十分完整，当时便被誉为“中华之最——广昌甲龙”，随后标本被送去上海修复，之后转送至江西省博物馆。2023年，江西省博物馆与云南大学生命科学学院脊椎动物演化研究团队进行合作研究。研究显示，华夏胄龙的体长超过6米，是目前在中国发现的体型最大的甲龙类。华夏胄龙身体粗壮、四肢有力，体表布满密密麻麻的甲片，还有甲龙科恐龙标志性的用于保护自己的尾锤。相比于其他甲龙，华夏胄龙也有一些独有特征，比如它的坐骨中段和远端扩张，等等。系统发育分析显示，华夏胄龙属于甲龙科的基干成员，它具有许多基干的特征，而这些特征在其他的甲龙类中则不存在。华夏胄龙是继达泰龙之后，江西省第二个被正式命名的甲龙类，其生存年代晚于达泰龙（约1.13亿—1亿年前），且二者位于不同的演化位置。华夏胄龙的发现进一步增加了晚白垩世中国江西地区甲龙类的物种多样性。云南大学生命科学学院脊椎动物演化研究中心的朱子恒和江西省博物馆的吴洁是共同第一作者，云南大学生命科学学院脊椎动物演化研究中心、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的徐星院士为通讯作者，共同作者还包括江西省博物馆游越、郏颖丽、陈楚娇、云南大学姚熙和浙江自然博物馆郑文杰。该研究得到云南省“兴滇英才支持计划”和国家自然科学基金支持。编辑：诸鹏飞审核：盛捷

2024-11-14
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

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