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  • 科研進展
    • 構建磷質殼腕足動物柱狀結構的生物礦化
      研究生物形成礦物材料的過程一直是地球科學與生命科學的前沿熱點。近期,中國科學院南京地質古生物研究所研究員張志亮等,與西北大學、澳大利亞麥考瑞大學、瑞典烏普薩拉大學、瑞典自然歷史博物館的同行合作,對陜南和鄂西地區寒武系第2統水井沱組的舌形貝腕足動物化石開展了殼體超微結構的初步探索與分析,為理解寒武紀早期腕足動物祖先類群的生物礦化過程和適應性演化提供了新的化石證據。研究成果于2024年4月10日發表于英國綜合性學術期刊eLife。生物礦化是指由生物體調控分泌有機-無機復合骨骼或外殼的過程,其礦化的硬質結構對早期動物的生存和適應性演化起著至關重要的作用,這種將軟體組織與無機礦物聯系起來的生命過程,也深刻改變了地球化學循環和地質化石記錄的性質。在寒武紀生命大爆發之初,生物多樣性的礦化殼體伴隨著創新型軀體構型的突發性產生,標志著地球生命對無機礦物結構的精確控制和創新利用;同時也開啟了由“硬體骨骼裝備”不斷升級的動物軍備競賽所驅動的復雜海洋生態系統的形成。寒武紀演化動物群由三大類群構成,包括三葉蟲、軟舌螺和腕足動物。它們的外骨骼分別由不同的礦物和結構組建。其中,腕足動物是最為成功、最為獨特的一類生物礦化動物群體,它們不僅存活了五億多年直至現今,而且能夠分泌兩種不同的礦物質——磷酸鈣和碳酸鈣。與許多具有碳酸鈣質殼的現生腕足動物不同,舌形貝類腕足動物通過分泌磷灰石礦物來建造外殼,它們是寒武紀早期出現的具有外骨骼的動物之一。其獨特的柱狀殼體結構核心是由有機基質與磷灰石礦物結合而形成的微型圓柱體。然而,在腕足動物的祖先中,這些柱狀結構的復雜性、多樣性和分泌過程,以及它們在腕足動物早期演化過程中的作用尚不清楚。華南被認為是磷質殼腕足動物的早期擴散中心之一,因此為探索寒武紀大爆發期間腕足動物最早代表的生物礦化過程和隨后的適應性演化提供了絕佳的機會。雖然腕足動物殼體的礦化結構對了解其系統發育和早期演化至關重要,但學界對此的認識,長期以來存在不足之處。目前,大多數生物礦化研究主要集中在現生碳酸鈣質殼腕足動物,對以磷灰石礦物組成的舌形貝類腕足動物的研究相對較少。特別是以磷酸鹽為基礎的生物礦化,是如何在親緣關系上相距甚遠的腕足動物和脊椎動物中分別起源的,仍是動物演化上的一大謎團。本研究詳細描述了華南最早的始圓貨貝(Eoobolidae)兩個新種:Latusobolus xiaoyangbaensis gen. et sp. nov.和Eoobolus acutulus?sp. nov.,以及它們的殼體之中保存完好的柱狀超微結構。研究表明,這類腕足動物的磷酸鈣質殼體具分層級的構造特征,包括外角質層、初級板層和次級柱狀層。殼層間有機質膜層和表皮細胞印模的發現,揭示了它們是具有高度生物控制和有機基質調節的。礦化殼體以納米磷灰石球粒凝聚而成的微型圓柱體為主要夾層單元,在外表皮細胞分泌的有機質膜調控下,通過“三明治堆疊模式”構建而成。此外,在柱體殼層之間的空隙填充有機材料(類似于人類建筑中常用的柱體和鋼筋混凝土結構),有效提高了外殼的韌性和強度。多層級的柱狀殼層堆疊構造,展現了相對于棒狀結構和板狀結構更優異的機械性能,并在舌形貝類腕足動物的早期演化過程中發揮了重要作用。這種新型殼體結構的廣泛適應以及錐狀軀體構型的衍生,可能是寒武紀后期乳孔貝類(acrotretides)逐漸興盛,以及它們在5000萬年后的奧陶紀生物大輻射期間持續多樣化的原因。此外,研究還揭示了舌形貝型亞門三個科,即始圓貨貝科Eoobolidae、舌孔貝科Lingulellotretidae和乳孔貝科Acrotretida之間,因不同柱狀殼層的生長而形成的解剖學特征的持續變化、以及相應的生活模式的轉變。研究成果為理解寒武紀大爆發過程中早期磷質殼腕足動物礦化結構的演化生長和適應性創新提供了新的啟示。本研究得到了科技部國家重點研發計劃、中國科學院率先行動計劃、國家自然科學基金委和瑞典研究委員會的聯合資助。論文相關信息:Zhiliang?Zhang?*, Zhifei?Zhang, Lars E. Holmer, Timothy P. Topper, Bing Pan, Guoxiang Li. 2024. Evolution and diversity of biomineralized columnar architecture in early Cambrian phosphatic-shelled brachiopods. eLife?12:RP88855, 1–32. https://doi.org/10.7554/eLife.88855.寒武紀早期水井沱組磷質殼腕足動物多層級柱狀結構柱狀殼體結構和外套膜表皮細胞印模磷質殼腕足動物通過“三明治堆疊模式”形成的有機-磷灰石多層級柱狀殼體結構過程
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      2024-04
    • 白堊紀琥珀揭示早期黽蝽的交配行為
      交配化石在研究動物的交配行為及其生活史特征演化等方面發揮著不可替代的作用。近日,中國科學院南京地質古生物研究所中生代陸地生態系統研究中心黃迪穎研究團隊通過對約1億年前緬甸琥珀中黽蝽的研究,首次發現了黽蝽集群保存的兩性配對化石。相關研究成果于4月3日在線發表在英國《皇家學會會刊B輯》(Proceedings of the Royal Society B)。短暫的交配行為難以在昆蟲化石中被記錄,尤其是對于水生昆蟲而言,這限制了研究人員對地質歷史時期相關行為策略演化歷史的全面理解。本次研究基于兩性配對化石中黽蝽的形態功能學和行為生態學綜合分析,揭示了白堊紀中期黽蝽的交配行為和潛在的性沖突。黽蝽是一類常見的水生半翅目昆蟲,它們在水面上生活、取食和交配,占據了廣泛的生態位,包括淡水、海岸,甚至遠洋水域。它們以獨特的形態適應性和多樣的生物行為成為了進化生物學、生態學以及跨學科研究的焦點,還為水面仿生技術的發展提供了重要的理論基礎。黽蝽常見的交配系統(I型)以顯著的性沖突為特征,表現為兩性間的交配斗爭,伴有一系列雄性騷擾、強制侵犯和恐嚇威脅等行為;而雌性則展現出一定的形態適應和行為策略以抵制代價高昂的交配嘗試。中生代黽蝽化石記錄缺乏,例如黽蝽科(Gerridae),僅在法國琥珀中有過報道。此次研究的琥珀標本中內含7個罕見緬甸黽蝽成蟲(Burmogerris rarus?gen. et sp. nov.)和若干若蟲,包括三對兩性配對的成體標本,其中兩對為體型較小的雄性位于雌性背上,記錄了白堊紀水生昆蟲交配的情形。兩對和一只單獨的雄性被保存在同一樹脂層中,很可能記錄了同一個微事件。因而,研究推測這類黽蝽于緬甸琥珀生態系統中可能具有較高的種群密度且可能不具領地行為。研究人員運用激光共聚焦顯微鏡、熒光顯微鏡等設備對其進行了詳細的形態學研究,發現罕見緬甸黽蝽的前足脛節表現出顯著的性二型現象。即雄性的前足脛節略彎曲,內緣具15-17個不連續分布的梳狀剛毛簇;雌性前足脛節直,且不具此類梳狀結構。通過與現生寬肩水黽科(Veliidae)中雄性前足脛節的類似結構對比,研究認為雄性罕見緬甸黽蝽高度特化的前足脛節可作為抓握裝置,代表了其在交配斗爭中克服雌性抵抗的相關適應。琥珀化石中三對黽蝽的配對狀態可能記錄了兩性交配前的斗爭場景或交配后的接觸守衛狀態(為避免精子競爭而延長交配時間)。研究推測雄性罕見緬甸黽蝽可能采取主動尋找并騷擾雌性的策略。此次緬甸琥珀中的新發現對于理解黽蝽交配行為的演化具有重要意義。此外,基于對緬甸琥珀生態系統的認識和新化石體型、翅、足、爪等形態的綜合分析,研究認為罕見緬甸黽蝽可能棲息于海濱附近水流較緩的、不穩定的小型水體邊緣,例如潮汐形成的池塘。在一定程度上解釋了為何聚集的配對水黽會被樹脂所包裹。本研究項目由國家自然科學基金委員會,第二次青藏科考專項,洪堡基金會等相關項目聯合資助。南京古生物所孫捷繪制復原圖。論文相關信息:Fu Y, Cai C, Chen P, Xuan Q, Myint TA, Huang D. 2024 Group mating in Cretaceous water striders. Proc. R. Soc. B?291: 20232546. https://doi.org/10.1098/rspb.2023.2546.白堊紀緬甸琥珀中配對的罕見緬甸黽蝽罕見緬甸黽蝽的形態特征罕見緬甸黽蝽交配的生態復原圖
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      2024-04
    • 1億年前琥珀中首次發現海洋內寄生絳蟲化石
      絳蟲屬于扁形動物門,已知約5000種,全部營寄生生活,能感染幾乎所有的脊椎動物,包括人類。近期,中國科學院南京地質古生物研究所博士生羅慈航在研究員王博指導下,與云南大學,以及德國、英國、緬甸等地的同行合作,在緬甸克欽琥珀(約1億年前)中報道了一塊奇特的絳蟲化石。該化石不僅是錐吻目絳蟲的首次報道,也是首個絳蟲身體化石,同時也提供了目前最為可靠的扁形動物門身體化石記錄,為了解絳蟲早期演化提供了直接證據。研究成果于2024年3月22日發表在地質學期刊《地質學》(Geology)。絳蟲廣泛分布于幾乎所有的陸地、淡水和海洋生態系統中;其體型變化很大,長度從小于1毫米到大于30米不等。絳蟲蟲體均由頭節、頸部和鏈體組成。頭節上有吸盤,通常還有鉤,用于固著在宿主身上;其生活史復雜,大多有2~3個宿主。蟲體無口及消化道,通過表皮吸收營養。錐吻目絳蟲是海洋中物種數最多的絳蟲類群之一,分布廣泛且易于辨認。它們的主要特征是頭節上有2或4個可動的足狀的吸槽,并具有4個有螺旋排列小吻鉤的可回縮錐吻。它們的蚴蟲常寄生于包括海洋浮游動物、軟骨魚、硬骨魚和無脊椎動物等多種海洋生物體內,而成蟲主要寄生于板鰓總目軟骨魚類(主要是鯊魚和鰩魚)的胃腸道中。此前分子生物學推測錐吻目絳蟲可能起源于三疊紀與侏羅紀之交(約2億年前),但由于絳蟲的寄生習性以及軟軀體易于降解,化石記錄極其罕見,迄今為止沒有發現化石證據。因此,我們對絳蟲的早期演化知之甚少。此次發現的絳蟲化石的外部形態(錐吻及排列獨特的吻鉤)和內部結構(部分回縮的錐吻和無根的吻鉤)特征與錐吻目絳蟲完全符合。由于幾乎所有現生錐吻目絳蟲都內寄生于海生軟骨魚。因此,本研究還提供了海洋內寄生蟲被琥珀包裹的稀少案例,為理解琥珀埋藏學和恢復古環境提供了新線索。本研究取得的主要進展和意義如下:1. 報道了絳蟲的首個身體化石記錄。根據分子生物學證據的推測,絳蟲在古生代中期已經出現。從化石證據來看,在第四紀之前,唯一比較確定的絳蟲化石來自于二疊紀的鯊魚糞化石中的絳蟲卵,表明此時絳蟲已經能夠寄生軟骨魚類。雖然在這些絳蟲卵中,一枚蟲卵內部可能保存了發育中的絳蟲胚胎,但是由于保存情況不佳,因此并沒有被廣泛接受。本研究所報道的錐吻目絳蟲是目前唯一確定的絳蟲身體化石。2. 提供了目前最可靠的扁形動物門的身體化石記錄。扁形動物門的身體化石非常稀少,只有少數幾個極具爭議的記錄??赡艿淖罟爬系幕瘉碜阅嗯杓o的魚類身上發現的鉤狀結構,雖符合單殖吸蟲的特征,但再無其它結構保存。在緬甸琥珀的一只蜥蜴體內也曾發現兩個類似吸蟲囊蚴的結構,但是缺乏明確的形態學證據。此外,在波羅的海琥珀中發現的單腸渦蟲已經被證明是氣泡。因此,本研究所報道的化石是目前最可靠的扁形動物門身體化石記錄。3. 證明琥珀可以保存軟軀體生物的內部結構。通過高精度的Micro-CT掃描,本研究發現該化石的前部保存了精美的內部結構,層層疊覆的錐狀結構與錐吻目絳蟲未完全伸出的錐吻形態一致,無根的吻鉤也與許多錐吻目一致。之前對于琥珀生物內部結構的研究都集中在節肢動物,本研究證明除了節肢動物之外,琥珀也可以保存絳蟲等軟軀體動物精細的內部結構。4. 提供了稀有的海洋內寄生蟲被琥珀包裹的案例。除了絳蟲,該枚琥珀還包裹了大量的砂礫、植物產生的毛狀體以及一只蚧殼蟲,表明琥珀形成于陸地或者近岸環境中。而之前的研究已表明,克欽琥珀很可能形成于海岸邊。因此,本研究對海洋內寄生性的絳蟲如何出現在琥珀中提出了一種可能的假設:即絳蟲的宿主(如鰩魚)因風暴或者潮汐被困在沙灘上,并被陸地的掠食者取食。當掠食者正在吞食宿主內臟的時候,絳蟲掉出并被附近的樹脂包裹。本研究不僅彰顯了琥珀研究在古寄生蟲學中的重要性,也進一步證明緬甸克欽琥珀形成環境臨近海邊。本研究得到了國家自然科學基金委、第二次青藏科考專項以及“深時數字地球”國際大科學計劃(DDE)的支持。論文相關信息:Luo Cihang, Palm H.W., Zhuang Yuhui, Jarzembowski E.A.,?Nyunt?T.T.,?Wang Bo, 2024.?Exceptional preservation of a marine tapeworm tentacle in?Cretaceous amber. Geology. https://doi.org/10.1130/G52071.1.緬甸克欽琥珀中的絳蟲化石(A,?光學顯微鏡圖像;B, Micro-CT圖像)及與現生錐吻目(C, 電子顯微鏡圖像)的比較化石內部結構(A)與現生錐吻目(B)的比較;縮寫:ivt—未完全伸出的錐吻研究假設場景復原圖(楊定華繪制)。絳蟲可能寄生在鰩魚的腸道內,擱淺后被一只恐龍捕食,恐龍取食鰩魚內臟時,絳蟲被扯出來,掉在了附近的琥珀中。
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      2024-03
    • 二疊紀末陸地生態系統野火事件研究新進展
      2.52億年前的二疊紀末大滅絕造成了約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕,其主要原因被認為是西伯利亞大火成巖省的火山作用和泛大陸周緣普遍存在的俯沖帶火山弧作用導致的環境變化,但不同區域陸地生態系統對這次生物滅絕事件的響應仍然有待深入。近期,中國科學院南京地質古生物研究所碩士研究生角升林在研究員張華的指導下,通過對北方中緯度地區二疊紀–三疊紀之交燃燒來源多環芳烴(PAHs)和汞(Hg)在地層中含量變化的分析,證實了二疊紀末存在與強烈的火山作用相伴生的大規模高溫野火燃燒事件,為了解該區域二疊紀–三疊紀轉折期陸地生態系統的演變過程提供了重要證據。研究成果于近日發表在國際地學領域專業期刊《古地理,古氣候,古生態》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)。團隊通過對新疆經典陸相大龍口剖面地層進行密集采樣,開展了高精度的多環芳烴和汞含量分析。研究發現多環芳烴含量隨著地層深度加深出現明顯的連續變化,并在二疊系–三疊系過渡層段呈現出顯著富集;其多環芳烴參數指示這些化合物主要來源于熱解燃燒,表明二疊紀–三疊紀之交發生了頻繁的高溫野火燃燒事件和強烈的土壤風化侵蝕。結合炭屑記錄和生物地層分布,團隊發現陸相生態系統在該時期發生了階段式的演替。危機前植物群主要以晚古生代類型的蕨類和種子蕨等裸子植物為主,植物群落繁盛穩定,但野火燃燒事件在增加;危機期階段生態系統發生重大轉折,植物群大幅減少,二疊紀典型的松柏類和種子蕨類植物群衰落,有機碳同位素、多環芳烴和汞含量的顯著異常,表明存在強烈的火山活動和廣泛的高溫野火燃燒事件;危機后植物群中的二疊紀典型的松柏類和種子蕨類消失,過渡性分子和中生代草本石松類孢子多樣性增加,植物量相對稀少,有機碳同位素和汞含量豐度再次顯著異常,多環芳烴含量也出現巨大波動變化,表明早三疊世植物群仍處于嚴峻的高溫干旱氣候,野火事件依然存在。此項研究得到國家自然科學基金委重大項目和中國科學院先導專項的共同資助。論文相關信息: Jiao, S. L., Zhang, H.*, Cai, Y. F., Jin, C. F., Shen, S. Z., 2024. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) evidence for frequent combustion events on land during the Permian–Triassic transition in Northwest China. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol.?https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112152.大龍口剖面樣品和標準樣品多環芳烴的色譜質譜圖和化合物結構大龍口剖面的有機碳同位素、汞含量、二苯并呋喃含量、總多環芳烴含量、炭屑豐度和反射率以及孢粉的地層變化二疊紀末大滅絕期間陸地-海洋系統環境變化重建
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      2024-03
    • 銀縷梅屬花粉形態新認識與化石記錄的思考
      金縷梅科化石花粉的鑒定與歸屬仍然是孢粉學研究面臨的一個挑戰,這可能是由于缺乏詳細的現生花粉形態類型與對應化石類型的比較。根據化石記錄(如花粉、植物大化石),金縷梅科的銀縷梅屬(Parrotia)在地質歷史時期的地理分布遠遠超出現生種群的分布范圍。盡管已有一些關于銀縷梅屬花粉形態的研究報道,但仍然缺乏高分辨率的形態特征對比與分析,因此,銀縷梅屬化石花粉的歸屬仍然存在局限與不確定。近日,中國科學院南京地質古生物研究所毛禮米課題組與江蘇省中國科學院植物研究所合作者通過對銀縷梅屬的兩個姐妹種(銀縷梅Parrotia subaequalis與波斯鐵木P. persica,包括銀縷梅花色變異的花粉樣品),進行了花粉形態(光學顯微鏡LM與掃描電子顯微鏡觀察SEM)的再研究。相關成果近期在國際知名專業學術刊物《古植物與孢粉學論評》(Review of Palaeobotany and Palynology)上發表。本研究詳細對比了文獻中報道的相近類群中的代表性種類花粉紋飾特征(如Tribs. Fothergilleae, Eustigmateae, Hamamelidea等)。通過對比發現,銀縷梅屬花粉表面網狀紋飾的網脊上具有獨特的顯微(納米)結構與排列方式、網眼密度(單位面積內的網眼數量)、萌發溝膜結構等性狀可作為有用的鑒別參考對象,甚至可用作種間鑒別。通過研究花粉形態、紋飾與萌發溝的變異問題,團隊還發現,銀縷梅屬內的種間與種內水平的花粉粒雖然以三溝類型與網狀紋飾為主,但同時存在三孔溝、散溝等變異類型,萌發溝的溝膜上的納米結構也存在多樣性。這些新認識對銀縷梅屬化石花粉的歸類提供了參考與思考。本研究還對中國東南漳浦地區中新世沉積物中保存的金縷梅科化石花粉類型(包括銀縷梅屬花粉類型)進行了歸類與鑒定。另外,本研究對全球銀縷梅屬的化石記錄也進行了梳理,并重點從孢粉植物群角度討論了銀縷梅屬的植物地理背景、分布變化及可能的氣候驅動?;涗洷砻?,銀縷梅屬在歐洲/歐亞大陸及日本的化石記錄分布數量與中國東部地區存在較大差異,顯然,后者在化石記錄中仍然有空白。值得思考的是,日本有豐富的化石記錄,與中國現生種是否有什么樣的近緣關系?中國東部地區有銀縷梅的現生種分布,而化石記錄卻很少,上新世-第四紀化石有發現的潛力?為什么在冰期時銀縷梅屬植物沒有南遷生存(如陸均松在中新世大量分布,冰期后退縮于海南)?此次研究表明,對化石記錄和地史期間的氣候事件(如全球變冷或冰期)的研究將有助于提高和拓展對中國現存銀縷梅種群分布萎縮可能驅動因素的理解。同時,銀縷梅屬的歷史生物地理分布變化也暗示了在相似氣候條件下適合重新開展種植的潛在區域,以拯救小而分散種群的生物多樣性。特別是在人類影響和極端氣候變化的威脅下,銀縷梅屬的古生物地理學研究對現代生態與生物多樣性保護具有重要的借鑒意義。本項研究得到了國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金與現代古生物學和地層學國家重點實驗室自主研究課題項目聯合資助。論文相關信息:Limi Mao, Xiangjie Chen, Yinghao Wang, Yi-Shuo Liang, Yifeng Zhou (2024). Parrotia?(Hamamelidaceae) pollen morphology and a glimpse into the fossil record and historical biogeography. Review of Palaeobotany and Palynology 324: 105038. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2023.105038.研究材料及采集地(銀縷梅Parrotia subaequalis與波斯鐵木P. persica)兩種花色的銀縷梅(Parrotia subaequalis)?花粉形態與紋飾特征;波斯鐵木(P. persica)花粉形態與紋飾特征銀縷梅屬花粉鑒別特征與相近類群的形態對比銀縷梅屬的花粉形態變異銀縷梅屬在歐洲/歐亞大陸的化石記錄分布
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      2024-03
    • 南海南部巽他陸架表層沉積物中古生物群落特征及其意義
      南海南部巽他陸架是世界海洋低緯區最大的大陸架,冰期低海平面時曾出露成陸,發育過大型古河流和熱帶雨林,是研究海洋大陸地貌變遷及全球氣候變化的極佳場所。深入了解這一區域古生物類群的時空分布特征可為本區域乃至全球尺度的生物多樣性及氣候環境演化研究提供重要基礎資料。然而,因長期受到研究材料等的限制,我國尚未在這一區域開展過大規模多門類的古生物調查研究,相關認識極其不足。近期,中國科學院南京地質古生物研究所工程師徐敏及咨詢中心團隊人員,與廣州海洋地質調查局合作,在巽他陸架近40000平方公里海域獲取了100個表層沉積物樣品,并針對沉積物中包括硅藻、有孔蟲和孢粉在內的多類微體化石開展了深入細致的分析工作。研究有效彌補了區域微體古生物認識的空白,為進一步開展海洋地質和礦產能源調查奠定重要基礎。本項研究最近在線發表于《地球科學學刊》(Journal of Earth Sciences)上。研究發現,被調查的大多數沉積物樣品中均存在豐富的有孔蟲和孢粉,但硅藻含量相對較少。從生物群落組成上來看,硅藻主要以Thalassiosira simonsenii、Thalassionema nitzschioides和Thalassiothrix longissima為優勢類型,而有孔蟲則主要以Globigerinoides sacculifer、Globorotalia?menardii和Globigerinoides ruber為優勢類型,表明該區域當時屬于典型的熱帶海洋環境;而孢粉組合則較好地反映了研究區附近加里曼丹島山地雨林、熱帶雨林和紅樹林為主的植被面貌。不僅如此,研究團隊還對以上三類古生物類群的屬種空間分布情況展開了分析。從研究結果來看,硅藻和孢粉組合的空間分布模式指示了沿岸流的影響;而有孔蟲組合的空間分布差異則指示了水深及研究區東南部較溫暖環境對于生物群落分布的影響。此外,研究結果還表明,南海南部巽他陸架北緣的古生物群落組成在較小的空間范圍內存在較大差異,未來需在本區域開展更多門類的生物群落的綜合調查研究,進而為認識早期區域氣候和環境變化提供證據支撐。本項工作得到了國家自然科學基金、中國地質調查局海洋地質調查項目以及“深時數字地球”國際大科學計劃(DDE)的支持。論文相關信息:Zhao, J., Zhang, L., Wang, X., Ge, J., Xu, M.*, Chen, W., Luo, M., Liang, Q., Yu, Q., Luo, S., Qie, W., 2024. Characteristics of Paleontological Communities in Surface Sediments of the Southern South China Sea and Their Paleoclimatic and Paleoenvironmental Significance. Journal of Earth Science 35, 144-154. https://doi.org/10.1007/s12583-023-1910-5南海南部巽他陸架海洋地質調查區域范圍南海南部巽他陸架發現的主要硅藻類別?比例尺代表20微米南海南部巽他陸架發現的主要有孔蟲類別?比例尺代表100微米南海南部巽他陸架發現的主要孢粉類別?比例尺代表20微米
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      2024-03
    • 8200年前南京秦淮河流域森林轉型及人類活動的新發現
      1萬年以來隨著地球最近一次冰期的結束,氣候的轉暖濕潤和長江三角洲的逐步形成,使得長江下游地區古代先民的生存環境得到了很大改善。然而,依據現有的考古發掘證據,該地區史前新石器人類歷史只有7000余年的記錄,與周邊錢塘江、長江中游及淮河流域距今10000—8000年的眾多史前文化形成鮮明反差。此外,研究區沉積環境受到過開放性河流—海洋作用的頻繁波動干擾,加之歷史時期人類活動的強烈影響,其連續且年代框架良好的河湖相沉積序列獲取充滿挑戰,導致區域性森林植被演替序列及其氣候響應一直缺乏清晰的刻畫。近日,中國科學院南京地質古生物研究所的博士生葛井蓮在研究員舒軍武、毛禮米的指導下,選擇南京市區秦淮河下游紫金山山麓相對封閉的湖泊環境鉆孔新材料開展花粉研究。研究結果揭示了長江下游地區8200年前地帶性森林格局、氣候轉型及早期人類活動的重要信息,為破解這一關鍵時期的環境—人類之間的相互作用提供了新視角。相關成果近期在國際知名專業學術刊物《古植物與孢粉學論評》(Review of Palaeobotany and Palynology)上發表。研究團隊抓住地鐵城建機會,精選位于南京明故宮古燕雀湖MGG3沉鉆孔,結合碳-14測年數據,重點對層位中花粉記錄進行了深入解譯。這份跨越距今10100至7230年的花粉檔案,為研究人員如實再現了長江下游植被—環境—人類活動的互動演變圖景。研究結果發現,早全新世(距今10100至8270 年)時期,紫金山等丘陵一帶發育了地帶性落葉櫟(橡子樹)林,與現今北方落葉林南部相似,但氣候較今偏干涼。自距今8200年起(埋深16.9 m),森林中喜暖濕的標志性樹種常綠櫟屬開始明顯擴張,向常綠—落葉闊葉混交林轉變,指示當時夏季風明顯轉強,標志著溫暖濕潤的中全新世氣候適宜期的啟動;且海相刺甲藻時有出現,表明受到了海潮波及影響。團隊還發現,該時期森林植被受到干擾,草地植物類型集中出現,特別是與水稻相關的禾本科花粉類型(直徑≥38微米)持續明顯增加,暗示了人類經濟活動初露跡象??蒲腥藛T結合同時期南京六合水稻植硅體證據(Zuo?et al., 2016),將長江下游地區新石器人類活動向前推進了至少1200年(甚至更早),即至少在距今8200年前紫金山山麓就已有早期人類活動。研究推測,距今8200年起始的相對穩定的暖濕優越氣候和豐富的丘陵森林資源,是吸引古代先民進駐秦淮河流域從事采集和稻作等生產活動的重要 “推手”。該研究也填補了長江下游早期新石器文化(距今10000?-8000年)的空白。相較于常規考古學淺表地層發掘,本研究不僅突顯了花粉分析在追蹤深埋地層(≥10?m)中早期人類活動信號的獨特優勢,更為考古學者在將來探索區域農業文明起源和演進的潛在線索及環境背景提供關鍵信息。同時,也為預測我國未來全球氣候變化及中華文明探源工程等提供科學資料。本項研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項及江蘇省區域文明探源項目聯合資助。論文相關信息:Jinglian Ge,?Junwu Shu?*, Limi Mao, Xiaoyu Han, Yu Cheng, 2024. Revealing early Neolithic vegetation and environmental changes in the Lower Yangtze Valley, eastern China: Pollen insights, Review of Palaeobotany and Palynology, 323,105060.?https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2024.105060.南京秦淮河—長江流域水系、古地形及鉆孔位置示意圖(引用)南京明故宮古燕雀湖MGG3鉆孔優勢花粉類型百分比圖
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      2024-03
    • 模型解讀奧陶紀末冰期與生物滅絕事件期間的碳循環波動
      晚奧陶世是顯生宙生物與環境協同演化的關鍵轉折期,其見證了顯生宙以來第一次被廣泛記錄的冰期與全球規模的生物集群滅絕事件。作為地質事件層的重要化學地層標志,赫南特階碳同位素正漂事件(HICE,+5‰ ~?6‰),在全球不同板塊的碳酸鹽巖與黑色頁巖地層均有記錄。但是,由于赫南特期伴隨復雜的地球系統變化,如火山活動加劇、冰期與間冰期快速轉換、海洋缺氧現象頻繁等原因,碳循環波動的成因與機制方面研究目前仍存在較大爭論。近期,中國科學院南京地質古生物研究所助理研究員張俊鵬和研究員張元動,聯合中國科學院廣州地球化學研究所、地質與地球物理研究所等單位的中美學者,通過碳循環系統模型,模擬并反演出赫南特階碳同位素漂移事件(HICE)的無機碳同位素曲線和大氣二氧化碳濃度變化,指出赫南特期海洋營養鹽循環增強是海洋溶解無機碳同位素發生正漂的主要誘因。相關成果近日發表在地學自然指數(Nature?Index)期刊《地球與行星科學快報》(Earth and Planetary Science Letters)上。研究團隊首先分析我國華南地區碳酸鹽巖與黑色頁巖剖面的碳同位素,通過全球不同板塊的生物地層與化學地層記錄建立了綜合地層格架。同時,研究首次報道了上奧陶統-下志留統的碳酸鹽結合態磷酸鹽(CAP)的相對豐度,并結合黑色頁巖的P/Al的統計學結果,揭示了赫南特冰期的海水磷酸鹽水平變化。研究團隊還使用表生碳循環系統模型(源于GEOCARB)對奧陶紀末火山排氣速率、冰期風化作用變化、海洋有機碳埋藏等與碳循環源-匯通量相關的地質過程進行敏感度分析。依據火山灰富集層的統計學結果(近似“正態分布”)與沉積巖汞異常限定火山排氣速率增強的時間與強度,鋰同位素(δ7Li)與碎屑巖鋨同位素(Osi)特征限定冰期風化作用變化幅度,以及海水磷酸鹽水平變化通過碳-磷循環耦合通量模型預測的海洋有機碳埋藏效率變化,最終擬合出符合地質記錄的碳同位素曲線。模型反演的大氣二氧化碳濃度變化符合前人GCM與cGENIE等氣候模型的模擬結果。模擬結果表明,赫南特階碳同位素正漂事件主要成因為海洋營養鹽循環增強引起的有機碳埋藏增加,而冰期風化作用減弱和持續增強的火山活動引起大氣二氧化碳濃度的回升并導致冰期結束;冰期結束后的氣候和海洋碳循環變化則取決于火山活動的持續強度和海洋營養鹽的供應。另外,早期植物登陸在長周期上引起風化作用增強(f(V)為中-晚奧陶世早期植物影響的風化增強系數,假定每百萬年增加0.01的速率),可能是奧陶紀末冰室氣候的主要驅動機制,但這一效應在短周期的碳循環波動上影響較小。整個系統模擬過程和反演結果可將奧陶紀末重大的地質事件聯系起來,同時能為奧陶紀末生物大滅絕提供重要啟示。研究認為,從地質事件的成因機制和規模尺度來看,引起生物滅絕的主要誘因還是冰期引起的表層海水溫度大幅降低和海平面下降導致的生態空間壓縮,而在滅絕事件中期出現的大范圍海洋缺氧現象會對已經適應冷水環境的生物造成進一步傷害。冰期結束后,大氣-海洋碳循環緩慢恢復到穩態,成為影響海洋生態系統復蘇的關鍵。本研究得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委、中國科學院戰略先導專項和美國NASA Astrobiology Institute的經費支持。論文全文信息:Zhang, J.*, Li, C., Zhong, Y., Wu, X., Fang, X., Liu, M., Chen, D., Gill, B.C., Algeo, T.J., Lyons, T.W., Zhang, Y. and Tian, H., 2024. Linking carbon cycle perturbations to the Late Ordovician glaciation and mass extinction: A modeling approach. Earth and Planetary Science Letters, 631, p.118635. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118635.全球古地理位置(圖A)和綜合地層對比(圖B)上奧陶統-下志留統碳酸鹽巖與黑色頁巖磷豐度模擬結果碳同位素曲線(A)和大氣二氧化碳濃度變化(B)奧陶紀末-志留紀初生物地質事件綜合圖
      08
      2024-03
    • 《塔里木盆地西北緣奧陶系研究》專輯出版
      近日,由中國科學院南京地質古生物研究所張雨晨博士和研究員唐鵬客座主編的專輯《塔里木盆地西北緣奧陶系研究》,在地學期刊《地層學雜志》2023年第4期正式出版。近日,由中國科學院南京地質古生物研究所張雨晨博士和研究員唐鵬客座主編的專輯《塔里木盆地西北緣奧陶系研究》,在地學期刊《地層學雜志》2023年第4期正式出版。????塔里木盆地是中國最大的沉積盆地,也是中國油氣勘探的戰略接替區域。但自20世紀90年代以來,塔里木盆地是否發育晚奧陶世赫南特期地層、奧陶系-志留系界線位置在哪里等基礎地質問題一直存有爭議。????為解決塔里木盆地相關地層劃分對比問題,助力地區油氣資源勘探開發,南京古生物所組織科研隊伍開展了包括筆石、腕足類、三葉蟲、珊瑚、層孔蟲、牙形類、介形蟲、幾丁蟲、遺跡化石、沉積學、地球化學等多門類、多學科的聯合考察。首次在塔里木盆地發現了華夏正形貝動物群,并形成了一套解決志留紀啞地層時代的新技術方法;首次通過古生物學、地球化學和沉積學研究,將塔里木盆地西北緣的奧陶系-志留系界線置于西克爾層內,解決了爭論20多年的塔里木盆地奧陶系-志留系界線問題。研究成果對整個塔里木盆地的地層對比、巖相生物相分布、古地理格局、構造演化史、原型盆地恢復、油氣藏形成—破壞—保護過程具有積極意義。????期刊鏈接:????https://dcxz.cbpt.cnki.net/WKE2/WebPublication/index.aspx?mid=DCXZ??期刊封面
      05
      2024-03
    • 化石材料揭示三疊紀—侏羅紀之交植物與昆蟲的相互關系
      近期,中國科學院南京地質古生物研究所博士生許媛媛在研究員王永棟和瑞典自然歷史博物館教授Stephen McLoughlin聯合指導下,根據課題組長期以來在四川盆地扎實的野外工作以及積累的大量植物化石材料,首次對東特提斯地區川東北三疊紀—侏羅紀之交植物與昆蟲的相互關系開展了深入研究。相關成果發表在國際學術期刊《生態學與進化前沿》(Frontiers in Ecology and Evolution)。植物和陸生節肢動物(主要為昆蟲)是陸地生態系統中最豐富和最具多樣性的組成部分。探究地質歷史時期植物與昆蟲間的相互作用關系,對于深入了解陸地生態系統的復雜演變過程具有重要意義。我國華南的四川盆地東北緣的上三疊統—下三疊統地層連續發育,富含豐富的植物化石。一百多年以來,古植物學者對四川盆地中生代古植被組成和多樣性特征等已經開展了深入的研究,但通過植物化石葉片上保存的昆蟲傷害遺跡,來開展植物與昆蟲相互作用的研究一直處于空白狀態。近期,中國科學院南京地質古生物研究所博士生許媛媛在研究員王永棟和瑞典自然歷史博物館教授Stephen McLoughlin聯合指導下,根據課題組長期以來在四川盆地扎實的野外工作以及積累的大量植物化石材料,首次對東特提斯地區川東北三疊紀—侏羅紀之交植物與昆蟲的相互關系開展了深入研究。相關成果發表在國際學術期刊《生態學與進化前沿》(Frontiers in Ecology and Evolution)。研究人員對四川盆地東北宣漢地區上三疊統須家河組頂部和下侏羅統珍珠沖組最底部化石層開展了系統化石采集和深入研究。通過對1000余塊植物葉片化石的細致觀察和統計,共確認7種昆蟲傷害類型,分別為:洞孔取食、邊緣取食、表面取食、骨架化取食、刺吸或抽吸、蟲癭和產卵。其中,除了骨架化取食僅見于研究區內晚三疊世雙扇蕨科植物葉化石表面外,其余六種功能性取食/產卵方式均跨越三疊—侏羅紀界線,同時存在于晚三疊世須家河植物群和早侏羅世珍珠沖植物群,并常見于真蕨類、蘇鐵類、銀杏類和松柏類等植物類群。通過進一步的分析,研究發現盡管在三疊—侏羅紀界線前后植物群的組成特征發生了明顯變化,但不同傷害類型出現的頻次幾乎沒有變化,這可能反映了在重大地質事件轉折期之后,面對植被群落組成的顯著變化,節肢動物等植食者能夠很快適應新的環境并找到可供替代的植物類群作為取食對象。除此之外,研究者還發現一些備受昆蟲青睞的植物類群會在其葉片表面長出毛刺或在葉片邊緣長出鋸齒,并在葉片中軸發育有顯著的瘤狀突起或增厚。這些特征傳統上大多被作為植物分類的形態學重要依據,但研究推測它們更可能是植物為了抵御昆蟲傷害而演化出的自我保護機制。此次研究是我國華南地區開展的首次三疊紀與侏羅紀之交植物與昆蟲相互作用的成果報道。后續將在東亞地區更多剖面和更大區域內開展植物葉片與昆蟲傷害的深入研究,以便更好地了解陸地生態系統對地史時期重大地質事件和生態危機的響應機制。本研究得到了國家自然科學基金重點項目、面上項目和青年基金項目、瑞典研究理事會和國家留學基金委留學基金聯合資助。論文相關信息: Yuanyuan Xu, Yongdong Wang*, Liqin Li, Ning Lu, Yanbin Zhu, Zhuanli Huang, and Stephen McLoughlin*, 2023. Plant-insect interactions across the Triassic–Jurassic boundary in the Sichuan Basin, South China. Frontiers in Ecology and Evolution, 11: 1338865. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1338865.四川盆地晚三疊世和早侏羅世各類群植物的昆蟲傷害類型多樣性與所占比例晚三疊世須家河組部分植物葉片化石表面不同的昆蟲傷害類型早侏羅世珍珠沖組部分植物葉片化石表面不同的昆蟲傷害類型部分植物化石葉片邊緣的鋸齒狀特征(A-B)和葉片中軸顯著的瘤狀突起/增厚(C)
      04
      2024-02
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