科研进展----中国科学院南京地质古生物研究所

晚古生代冰室气候下全球变暖与海洋缺氧促进生物固氮作用增强
近期，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队博士研究生杨文莉在研究员陈吉涛的指导下，联合团队其他成员和南京大学同行，对华南贵州罗甸盆地的三个斜坡相剖面进行了高精度的氮同位素（δ15N）对比研究（图1），重建了KGB变暖期间的海洋氮循环过程。研究表明罗甸盆地的δ15N变化很好地记录了冰室气候下全球变暖与海洋缺氧导致的生物固氮增强过程。研究成果近期发表于国际地学知名期刊《全球和行星变化》（Global and Planetary Change）。宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫期–格舍尔期之交（Kasimovian-Gzhelian boundary,KGB）附近，发生了一次显著的在晚古生代冰室气候下的全球变暖事件。这一变暖事件引发了全球生物地球化学循环的明显扰动，并伴随着突发性的全球升温、广泛的海洋缺氧以及海洋生物多样性下降。然而，关于KGB变暖事件期间海洋初级生产力和氧化还原状态的演化，目前尚缺乏从海洋氮循环角度的深入研究。氮（N）在调控海洋初级生产力中起着关键作用，同时对海洋氧化还原条件的变化极为敏感，因此可作为气候转型期海洋环境变化的重要示踪指标。KGB全球变暖与海洋缺氧事件，为探讨晚古生代冰室气候下海洋氮循环对短暂气候变暖和海洋缺氧的响应，提供了一个独特的视角。近期，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队博士研究生杨文莉在研究员陈吉涛的指导下，联合团队其他成员和南京大学同行，对华南贵州罗甸盆地的三个斜坡相剖面进行了高精度的氮同位素（δ15N）对比研究（图1），重建了KGB变暖期间的海洋氮循环过程。研究表明罗甸盆地的δ15N变化很好地记录了冰室气候下全球变暖与海洋缺氧导致的生物固氮增强过程。研究成果近期发表于国际地学知名期刊《全球和行星变化》（Global and Planetary Change）。研究发现，三个剖面的氮同位素记录对比良好，其三阶段变化特征揭示了KGB变暖期间海洋氮循环与氧化还原环境变化的演变过程。阶段Ⅰ：δ15N的下降反映了水体反硝化作用速率的减弱；阶段Ⅱ：δ15N的上升表明，随着海水表面温度的升高导致海洋初步缺氧增强，不完全反硝化作用开始在海洋氮循环中占主导地位。阶段Ⅲ：KGB界线之下的δ15N记录了约7‰（15‰ - 8‰）的显著负漂，这一变化与δ13Corg、δ13Ccarb和δ238U的负漂，以及大气二氧化碳浓度和海水表面温度的持续升高相对应（图2）；δ15N的显著负漂反映了生物固氮作用的增强，而该增强过程与气候变暖引起的海洋缺氧扩张，反硝化作用增强和生物可利用氮的大量亏损密切相关（图3）。本研究揭示了冰室气候下海洋氮循环对短期气候变暖和海洋缺氧扩张的响应机制，为未来研究间冰期气候条件下的海洋氮循环演化提供了重要的参考案例。该项研究得到国家自然科学基金重大项目资助。论文相关信息：Wenli Yang,Jitao Chen*,Chaosheng Yue,Junpeng Zhang,Yuping Qi,Xiang-dong Wang,Shu-zhong Shen, Enhanced nitrogen fixation as a result of short-lived global warming and marine anoxia in the Late Pennsylvanian icehouse climate, Global and Planetary Change, 2025, 105134, https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105134.图1 研究剖面δ15N, δ13Corg,δ13Ccarb趋势对比图图2 KGB变暖期化学地层与地质事件的综合对比图3 罗甸盆地KGB变暖期海洋氮循环的概念模型图

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2025-11
量子金刚石显微镜技术揭示岩石后期磁化事件的微观演化
中国科学院南京地质古生物研究所副研究员张勇与帝国理工学院、牛津大学和南京大学研究人员合作，将量子金刚石显微镜（Quantum Diamond Microscope，简称 QDM）技术成功应用于地质样品的化学重磁化过程的定量研究，为解析复杂重磁化历史和地质过程提供了一种全新的高分辨率技术路径。该成果发布于地球物理研究期刊《固体地球》（JGR-Solid Earth）。重磁化（Remagnetization）是岩石普遍存在的地质现象，揭示其机制和相关地质过程是长期存在的难题之一。由于岩石在形成后的漫长地质历史中可能经历多次热液活动或流体交代和构造变形，不同磁性矿物在微米尺度上常常交错叠加，导致古地磁记录被“重写”。传统的磁学测试方法无法在显微尺度上区分不同磁性组分的贡献，因而很难准确识别各阶段磁化事件。中国科学院南京地质古生物研究所副研究员张勇与帝国理工学院、牛津大学和南京大学研究人员合作，将量子金刚石显微镜（Quantum Diamond Microscope，简称 QDM）技术成功应用于地质样品的化学重磁化过程的定量研究，为解析复杂重磁化历史和地质过程提供了一种全新的高分辨率技术路径。该成果发布于地球物理研究期刊《固体地球》（JGR-Solid Earth）。研究团队利用量子金刚石显微镜技术（一种基于量子探测原理的高灵敏度显微成像仪器，能够直接观测样品表面微米尺度的磁场分布），对具有不同整体磁性特征的代表性样品进行了显微磁化成像。结果发现，样品中存在多期次、空间分布不同的磁化事件，这些磁化事件分别与早期洋壳形成阶段和后期构造流体活动有关。通过对比不同区域的磁场特征与同位素数据，研究揭示了岩石在演化过程中经历的多阶段重磁化历史。这项研究标志着该技术首次被成功引入化学重磁化研究领域。量子金刚石显微镜在微米尺度上分辨磁化源，为复杂样品的磁学解耦提供了可能，突破传统观测分辨率限制。此次研究明确识别出样品在不同地质阶段形成的磁化组分，厘清重磁化的时空演化过程，揭示多阶段磁化记录。同时也为今后在沉积岩、热液蚀变带及构造流体活动相关重磁化的研究提供了新工具和新思路，在沉积岩重磁化和古地理重建等方向具有广泛的应用前景。论文相关信息：Liang Qi*,Adrian R. Muxworthy,Evelyn B. Baker,Xiaobin Cao,Simon Allerton,James F. J. Bryson,Yong Zhang*. Quantifying Serpentinization-Driven Remagnetization From Ridge Axis to Subduction Zone Using Quantum Diamond Microscopy. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2025JB031606. https://doi.org/10.1029/2025JB031606.图中显示三个典型区域的NRM分布，以及在不同退磁场强（0–60 mT）下磁信号的变化过程。红、蓝色分别代表磁场方向相反的磁性区。绿色线条圈出正极性磁场的主要分布特征。右下图为五个代表性区域的退磁曲线（QDM观测结果与整体样品对比），揭示了不同微区磁性组分的退磁特征差异。这一结果表明，QDM技术能够精确识别样品内部不同来源的磁化信号，为解析多阶段重磁化过程提供了关键证据。

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2025-10
动物三维探索的兴起引发了前寒武纪-寒武纪生态系统的转变
近日，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌"石板滩生物群"研究中取得重要进展，发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统。这些保存在约5.5亿年前地层中的遗迹化石表明，复杂的动物行为对海底环境的改造比原有的认识提早了近一千万年。这项发现为理解埃迪卡拉纪—寒武纪过渡期间生态系统的重大转型提供了关键行为学证据，相关成果已发表于国际权威综合性学术期刊《科学进展》(Science Advances)上。近日，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌"石板滩生物群"研究中取得重要进展，发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统。这些保存在约5.5亿年前地层中的遗迹化石表明，复杂的动物行为对海底环境的改造比原有的认识提早了近一千万年。这项发现为理解埃迪卡拉纪—寒武纪过渡期间生态系统的重大转型提供了关键行为学证据，相关成果已发表于国际权威综合性学术期刊《科学进展》(Science Advances)上。距今约5.39亿年前的埃迪卡拉纪-寒武纪转折期，记录了地球历史上最为深刻的生态系统变革。这一时期，后生动物发生了从海底表面二维活动到向沉积物深部三维探索的行为转变，成为推动生态系统变革的重要因素。这种“底质改造”过程，将原本由微生物席主导、结构单一的海洋底质，变成了被生物扰动、层次分明的现代型海底，永久性地改变了地球环境与生命演化的轨迹。南京古生物所研究员陈哲与博士生刘雅榕，对湖北宜昌“石板滩生物群”（距今约5.5~5.43亿年）的遗迹化石进行了系统研究，发现了锯形迹（Treptichnus）属中的多个遗迹化石种，并建立一个新遗迹化石种Treptichnus streptosus.，结合该生物群中已发现的三维遗迹化石多山迹（Lamonte）及蝌蚪状遗迹，深入讨论了动物垂向探索行为出现的演化与生态学意义，并揭示了动物复杂行为在寒武纪大爆发前夕就已出现。Treptichnus被视为动物首次向沉积物内部进行“三维探索”的标志性遗迹，具有重要的演化生物学、动物行为学和生态学意义，其属内T. pedum的首次出现被正式定义为埃迪卡拉纪-寒武纪的分界标志。石板滩的新发现将这一革命性行为的出现时间大幅提前。研究不仅报道了新种T. streptosus，还识别出T. cf. bifurcus, T. rectangularis, T. pollardi 等多个遗迹种，表明当时动物的掘穴行为已经呈现出显著的多样性。与此同时，石板滩生物群中还保存了Lamonte及蝌蚪状遗迹化石等三维潜穴。这些垂向探索行为的集中出现，反映了早期的沉积物生态分层和复杂觅食行为，代表了造迹生物对底质改造的能力逐渐加强。研究发现，Lamonte在石板滩生物群中产生了密集的生物扰动，不仅破坏了沉积物表面的微生物席，还进一步瓦解了依赖微生物席生存的埃迪卡拉型生物的生态环境，从而成为约5.5亿年前第一次埃迪卡拉生物群灭绝事件的潜在原因之一。这些复杂行为的出现及其生态累积效应，在埃迪卡拉纪末期持续增强，促使微生物席逐渐衰退，不断动摇埃迪卡拉型生物的生态根基，同时为其他后生动物多样性演化创造了新的生态机遇。在多种生物与非生物因素的协同作用下，这一过程最终推动了埃迪卡拉纪—寒武纪生态系统的深刻转型。这项研究也进一步确认，石板滩生物群保存了丰富多样的遗迹化石和实体化石组合，是研究隐生宙-显生宙之交生态系统巨变的重要窗口。研究得到国家自然科学基金委项目资助。论文相关信息：Zhe Chen* and Yarong Liu,Advent of three-dimensional sediment exploration reveals Ediacaran-Cambrian ecosystem transition,Sci. Adv. 11. https://doi.org/10.1126/sciadv.adx9449.石板滩生物群中的Treptichnus遗迹化石。比例尺为2厘米石板滩生物群的遗迹化石复原图

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2025-10
寒武纪大爆发的 “起搏器”：轨道驱动的营养物质输入引发氧含量的周期性变化
中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究团队的博士后张莹刚，与英国利兹大学Benjamin Mills和Robert Newton、河海大学何天辰和南京大学杨涛等合作，通过频谱分析和地球系统箱式模型模拟，揭示了地球长时间尺度的轨道变化可能是这一脉冲式增氧过程的幕后推手。相关研究成果近期发表于自然指数期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。寒武纪大爆发是地球生命演化史上最关键的里程碑事件之一，导致几乎所有现生动物门类快速在地球上出现。已有古生物和地球化学证据表明，动物在寒武纪早期的爆发过程呈现出“脉冲式”的演化模式，并伴随着海水无机碳、硫酸盐硫同位素的同步波动，被认为可能与大气和浅海的周期性“增氧”直接相关。然而，调控这一时期脉冲式增氧的驱动机制尚不可知。中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究团队的博士后张莹刚，与英国利兹大学Benjamin Mills和Robert Newton、河海大学何天辰和南京大学杨涛等合作，通过频谱分析和地球系统箱式模型模拟，揭示了地球长时间尺度的轨道变化可能是这一脉冲式增氧过程的幕后推手。相关研究成果近期发表于自然指数期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。早在2019年，朱茂炎的中英合作研究团队利用俄罗斯西伯利亚寒武纪早期连续的碳酸盐岩地层剖面获得样品的研究，揭示寒武纪早期（约524–514百万年前）海洋动物多样性在约2–3百万年的时间尺度上呈现周期性变化，与海水碳、硫同位素的同步漂移在时间上高度吻合。他们认为，全球有机碳和黄铁矿埋藏的周期性变化导致了大气和浅海氧含量的周期性波动，进而影响了海洋动物的早期演化模式（He et al., 2019, Nature Geoscience）。在此基础上，研究团队进一步指出，这些百万年尺度的地球表层环境变化，很可能是由长周期的地球轨道变化所驱动。轨道变化通过改变地球不同纬度接收太阳辐射的分布差异，导致气候周期性波动。这一周期性变化很可能影响了大陆的风化作用强度，以及磷等关键营养物质向海洋的输送。营养物质的周期性输入，刺激海洋光合作用和有机碳埋藏，从而导致大气和海洋氧含量的周期性增加。为论证这一假说，研究团队首先对已发表的寒武纪早期碳–硫同位素记录进行了频谱分析，结果显示这一时期碳、硫同位素记录中存在1.2、2.6和4.5百万年的长周期变化，与长周期轨道变化周期一致（图1）。随后，研究团队在最新的深时地球系统箱式模型（SCION）中首次添加了气候轨道驱动因子，对这一过程开展了数值模拟（图2）。模拟结果表明，轨道驱动的气候变化可以成功复现海水碳–硫同位素的同步周期性变化，论证了这一假说的可行性（图3）。此外，模型敏感度实验表明，海洋中的低硫酸盐浓度是寒武纪地球系统稳定性的重要短板，很可能放大了碳–硫–氧生物地球化学循环对轨道驱动营养物质输入的响应幅度。该项研究对理解寒武纪生命大爆发节拍和其他时期周期性的碳、硫、氧循环提供了新思路和新视角。此项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委（NSFC）、江苏省卓越博士后计划以及英国自然环境研究理事会（NERC）的联合资助。论文相关信息：He T*, Zhu M*, Mills BJW, Wynn PM, Zhuravlev AY, Tostevin R, et al. Possible links between extreme oxygen perturbations and the cambrian radiation of animals. Nat Geosci 2019;12:468–74. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0357-z. Zhang,Y.,Mills,B. J. W.,Newton,R. J.,He,T.,Roper,A.,Yang,T.,& Zhu,M. (2025). Orbitally-driven nutrient pulses linked to early Cambrian periodic oxygenation and animal radiation. Geophysical Research Letters,52,e2025GL118689. https://doi.org/10.1029/2025GL118689.图1. 碳酸盐岩碳同位素与碳酸盐相关硫酸盐硫同位素记录。(a)西伯利亚台地寒武纪早期海水碳、硫同位素记录；(b)海洋动物物种数量变化；(c)碳同位素记录的小波分析结果；(d–e)硫同位素记录中的0.384和1.2百万年滤波输出结果。图2. SCION模型中新增的轨道驱动气候变化。(a)过去1500–2450千年间北纬65°太阳辐射量和北纬40°–80°大气温度的比对；(b)过去1500–2450千年间太阳辐射量与大气温度的散点图；(c)太阳辐射变化引起的大气温差在SCION模型气候数据集中的叠加示意图。图3. SCION模型模拟结果。(a)陆架区营养物质（磷）储库规模；(b)模拟的海洋缺氧程度，与铀同位素及铁组分数据对比；(c–d)陆架区海洋有机碳与黄铁矿埋藏通量；(e–f)海洋碳、硫同位素变化。

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2025-10
定量分析揭示地史时期森林生态系统的动态演化
近期，中国科学院南京地质古生物研究所早期陆生植物演化研究团队博士研究生刘炳材，在徐洪河研究员指导下，联合特别研究助理王凯博士，回顾并定量评估了全球38个化石森林生态系统，数据涵盖了从中泥盆世森林起源到侏罗纪被子植物出现前，分析展示了地质历史时期森林构成、冠层高度、森林树木密度、生物量、林分结构和空间模式等生态学特征的动态变化，从现代生态学视角解析化石森林的演化，提出了泥盆纪-侏罗纪森林四阶段的演化模式，研究成果发表于地球科学领域综合期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）。森林经历了从泥盆纪枝蕨、前裸子植物森林，中生代高大针叶林，到如今以被子植物为主的现生森林生态系统演变过程，是陆地生态系统的重要组成部分。森林通过物理、化学和生物过程，对地球的气候和环境变化产生深远影响，是全球大气CO2、碳循环、水循环等重要环境—生态参数的重要控制因素。全球范围内，已有大量原位化石森林被报道，为深入理解森林的演化提供了宝贵的证据。化石森林从泥盆纪时期的枝蕨、石松森林；到石炭纪的成煤沼泽中主导的石松森林以及早二叠世乌达森林的精确重建，这些发现与研究增强了我们对森林构成与形成环境等方面的认识。然而，森林生态系统的演化不仅与其物种组成的变化息息相关，还深刻反映着群落结构的演进。研究保存良好的原位森林，可以探索森林的演化，认识化石森林的群落结构的演替。近期，中国科学院南京地质古生物研究所早期陆生植物演化研究团队博士研究生刘炳材，在徐洪河研究员指导下，联合特别研究助理王凯博士，回顾并定量评估了全球38个化石森林生态系统，数据涵盖了从中泥盆世森林起源到侏罗纪被子植物出现前，分析展示了地质历史时期森林构成、冠层高度、森林树木密度、生物量、林分结构和空间模式等生态学特征的动态变化，从现代生态学视角解析化石森林的演化，提出了泥盆纪-侏罗纪森林四阶段的演化模式，研究成果发表于地球科学领域综合期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）。研究结果表明，泥盆纪森林主要分布在低纬度和热带地区，树蕨、石松、前裸子植物均构成森林，且表现出多样的空间模式和林分结构；石炭纪森林由石松类植物主导，生物量和树木密度达到历史峰，冠层高度超过20米；二叠纪森林扩展到中、高纬度，冠层高度增加，但生物量和树木密度有所下降；三叠纪森林主要分布在热带和温暖温带，冠层高度超过30米，生物量和树木密度与现存森林相似，且森林结构呈聚集性。侏罗纪森林扩展至干旱区域，冠层高度接近40米，生物量和树木密度与现存森林相似。空间分析表明，多数化石森林表现出聚集生长模式，类似于现代森林。从生物量来看，石松类森林的生物量最高可达到现代热带雨林生物量的12倍，且石松森林的主导时期与晚古生代大冰期吻合，可能是触发大冰期的关键因素之一。基于不同的生态学指标，本研究识别出了森林生态系统演化的四个阶段：1）始森林：艾非尔期至弗拉期（中-晚泥盆世），森林由前裸子植物、枝蕨类与早期乔木石松类组成，冠层高度可达到7-20米，单位面积生物量高但树木密度相对较低。2）储碳森林：晚法门期至早二叠世，由石松类主导，冠层高度达16-30米，其生物量为地质历史时期最高，形成了显生宙首个大规模聚煤期。3）曙光森林：中二叠世-至早三叠世，冠层高度达35米，密度与生物量下降，森林组成逐渐多样化。4）预森林：中三叠世-晚白垩世，裸子植物扩展至多个纬度带与气候区，冠层高度上升至20-50米，密度与生物量下降并接近现代森林特征，代表了向现代森林的演化与过渡。本研究得到了国家重点研发计划专项支持。论文相关信息：Liu, B. C., Xu, H. H., Wang, K., 2025. Quantitative assessment of community structure of fossil forests from the Devonian to Jurassic periods. Earth-Science Reviews. 271. 105295. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105295.地史时期森林的时空分布与物种多样性变化泥盆纪原位森林的空间分布模式与林分结构地史时期森林的演化趋势

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2025-10
2亿年来个体持续缩小的苔藓动物
体型演化一直是古生物学研究的重要议题，“Cope’Rule”用于描述大量类群在演化过程中体型逐渐增大的趋势。最近一项聚焦于苔藓动物的研究，揭示一类名为“Berenicea”的环口目苔藓动物在过去2亿年中个体大小持续减小，与“Cope’rule”呈现相反的演化趋势。该研究由中国科学院南京地质古生物研究所副研究员马俊业、丹麦奥斯陆大学Lee Hsiang Liow和英国伦敦自然历史博物馆Paul D. Taylor合作完成，近期发表于国际学术期刊《古生物学》（Palaeontology）。体型演化一直是古生物学研究的重要议题，“Cope’s Rule”用于描述大量类群在演化过程中体型逐渐增大的趋势。最近一项聚焦于苔藓动物的研究，揭示一类名为“Berenicea”的环口目苔藓动物在过去2亿年中个体大小持续减小，与“Cope’s Rule”呈现相反的演化趋势。该研究由中国科学院南京地质古生物研究所副研究员马俊业、挪威奥斯陆大学Lee Hsiang Liow和英国伦敦自然历史博物馆Paul D. Taylor合作完成，近期发表于国际学术期刊《古生物学》（Palaeontology）。研究团队对200个晚三叠世至今的“Berenicea”形态型苔藓动物样本进行测量，发现其个虫最大宽度随时间显著下降。研究者运用多种时间序列模型，分析了氧气水平变化、唇口目苔藓动物的起源速率及其在群落中所占比例等潜在因素对个虫体型的影响。结果表明，尽管氧气水平与个虫大小在统计上存在一定相关性，但因果关系薄弱。同样，唇口目作为空间竞争的优势类群，其兴起也并未直接导致“Berenicea”个虫缩小。此外，还排除了样本所处（古）纬度（温度）变化对个虫大小的潜在影响。综合分析表明“Berenicea”个虫缩具有内在性，且缩小过程并非匀速，而是在约1.65亿至1.6亿年前和约7800万年前出现两次显著的阶段性缩小。该研究首次系统揭示环口目苔藓动物在宏观演化时间尺度上的虫体缩小现象，并提出其可能与代谢效率优化或摄食生态位转变有关，而非外部环境压力或种间竞争的直接结果。这一发现为理解模块化生物的体型演化提供了新的视角。论文相关信息：Ma, Junye; Liow, Lee Hsiang; Taylor, Paul D. (2025). Zooid size reduction in cyclostome bryozoans from the Late Triassic to the present-day. Palaeontology. https://doi.org/10.1111/pala.70027.管口目苔藓动物“Berenicea”个虫形态“Berenicea”个虫宽度分布地质历史分布“Berenicea”个虫大小演化最适模型

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2025-10
华南区域风化指标助力解析晚古生代大冰期大陆风化演变过程
近日，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队高彪博士联合团队成员徐国真博士和博士研究生杨文莉，在研究员陈吉涛的组织带领下，对华南贵州罗甸盆地下石炭系至下二叠系（333–275 Ma）的深水碳酸盐岩沉积建造中薄层钙质泥岩夹层开展了高时间分辨率的主微量元素和黏土矿物组分研究，相关成果最近发表于国际地学自然指数期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。大陆硅酸盐风化为地球维持宜居性提供了重要的负反馈机制，作为“地质空调”在地质时间尺度上调节全球碳循环和气候变化。硅酸盐风化通过消耗温室气体改变大气成分，并向海洋输送陆源营养物质，改变海水化学组成，并刺激海洋初级生产力，是关联表生地球各圈层的关键切入点。因此，在针对地史中关键气候转折期的研究中，硅酸盐风化过程一直是国际学术前沿领域。晚古生代大冰期启动于泥盆纪-石炭纪之交（-360 Ma），于二叠纪早期（-290 Ma）主幕结束，是地球自陆地出现维管类高等植物和复杂生态系统以来，唯一记录了全球从“冰室”向“温室”气候转变的地质时期。此外，该时期与新生代冰期大气CO2和O2浓度可较好类比。大量研究表明，泛大陆低纬度地区的海西造山运动与陆地植物演化与扩张，均可通过提高大陆硅酸盐风化速率，致使大气CO2浓度降低，从而驱动和调节晚古生代大冰期的演化。阐明这两大驱动因素如何影响大陆硅酸盐风化作用，对于理解晚古生代大冰期的古气候动力学至关重要。基于海西造山运动和陆地植物演化对大陆硅酸盐风化影响的区域和机制的差异性（海西造山隆升只增强相关区域剥蚀速率，而陆地植物扩张可增强广泛的区域化学风化速率），通过对比全球大陆风化与低纬度区域大陆风化记录，可以解析这两类驱动因素的相对风化贡献。华南板块在晚古生代时期具有稳定的构造背景，并持续孤立地处于古赤道附近，具有较为一致的气候带环境，为解析大陆风化提供了理想的研究区。近日，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队高彪博士联合团队成员徐国真博士和博士研究生杨文莉，在研究员陈吉涛的组织带领下，对华南贵州罗甸盆地下石炭系至下二叠系（333–275 Ma）的深水碳酸盐岩沉积建造中薄层钙质泥岩夹层开展了高时间分辨率的主微量元素和黏土矿物组分研究，从而获得了第一条晚古生代大冰期长时间尺度的化学蚀变指数（CIA）曲线；同时，结合该时段的锶-锂同位素、大气CO2浓度、中-高纬度地区冰川沉积记录以及火山活动、植被演化等地质事件，综合探讨了该时段全球大陆风化主要影响因素及其风化作用机制的演化过程。相关成果最近发表于国际地学自然指数期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。研究发现，贵州纳庆剖面的CIA记录显示清晰的区域风化强度的四个阶段演化过程。其中，在晚石炭世–早二叠世时期（316–275 Ma）其与大气CO2浓度变化基本耦合，指示了华南区域大陆风化强度主要受温室气体（气候）的控制。然而在早石炭世晚期–晚石炭世早期（333–316 Ma），在大气CO2浓度下降、大陆冰川体积扩张及气候变冷的背景下，华南大陆风化强度却呈现增强趋势，表明另有其他强迫因素。基于相关数据分析，排除了物源、沉积物粒度及成岩作用等干扰因素影响，综合对比同时期的地质记录，表明古热带雨林的扩张是其最合理的驱动来源。该研究梳理前人发表的牙形刺锶同位素比值（87Sr/86Sr）与碳酸盐岩全岩及腕足壳体锂同位素（δ7Li）数据，综合对比分析发现：海西造山带的隆升对全球大陆风化速率起主要控制作用（333–291 Ma）；并且，热带雨林植物在其快速扩张阶段（333–316 Ma）也对全球大陆风化速率提高做出了显著的贡献；而早二叠世后期（291–275Ma），尽管火山排气增强致使大气CO2浓度上升，强迫同时期华南区域风化增加，然而更广泛区域的气候干旱化加剧与海西造山带垮塌共同促使大陆硅酸盐风化速率下降。这项研究的意义在于，通过对比晚古生代大冰期区域风化记录与全球硅酸盐风化速率变化过程，明确了这一时期大陆风化增强主要受海西造山带隆升作用驱动，而热带森林植物对大陆风化的提升主要呈现在其快速扩张阶段。这一认识对晚古生代大冰期冰川演化模拟中，协调海西造山带隆升与陆地植物演化扩张过程对大陆风化作用的影响具有重要意义，从而能更好地理解冰室地球气候系统内部的关联与反馈机制，为模拟当前全球长时间尺度的气候变化提供更具价值的参照。本研究得到国家自然科学基金重大项目和青年科学基金项目联合资助。论文相关信息：Biao Gao (高彪), Guozhen Xu (徐国真), Wenli Yang (杨文莉), Jitao Chen* (陈吉涛). Disentangling Continental Weathering during the Late Paleozoic Ice Age. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL117395. https://doi.org/10.1029/2025GL117395.石炭–二叠纪全球与华南古地理图与贵州罗甸盆地纳庆剖面研究层段的岩性柱状图华南贵州纳庆剖面化学蚀变指数（CIA）及其他区域风化指标早石炭世晚期–早二叠世大陆风化、气候、陆地热带森林与火山事件等记录对比图晚古生代大冰期大陆风化演化模式图

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2025-10
孢粉证据揭示松辽盆地初始形成时的古植被和古气候
近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员李建国团队联合中国科学院地球化学研究所徐义刚院士团队，对松科2井的沙河子组下部至基底的地层开展了系统的孢粉分析（图1），从沙河子组近底部发现了一个属种丰富的孢粉组合（图2）。这一孢粉组合是松科2井迄今为止所获得的层位最低、最接近盆地基底的化石记录，为探讨松辽盆地形成时代提供了确凿的生物地层证据。相关成果发表于国际知名地学期刊《白垩纪研究》（Cretaceous Research）。松辽盆地是我国最大的含油气盆地，白垩系发育了多套烃源岩，其形成时代、机制及环境背景等对温室气候条件下的有机质富集和埋藏机制认识及油气勘探具有重要的研究意义。目前，科学家们对该盆地的构造演化与形成时代等仍有争议，对其形成初期的古植被和古气候背景认识薄弱。近年，大陆科学钻探计划在松辽盆地实施了一口全取心钻井——松科2井（SK-II井），获取了厚度达4134.81米的下白垩统连续岩芯，成功钻取了登楼库组至基底火山岩的地层。其中，作为盆地裂陷期充填物的沙河子组厚达2000余米，它的发育标志着松辽盆地的初始形成，为揭示上述科学问题提供了宝贵材料。值得注意的是，松辽盆地下白垩统由于埋藏深、火山岩发育，普遍遭受了较强烈的变质作用，化石非常稀少，是油气勘探长期面临的难点。松科2井揭示的下白垩统也是如此，迄今为止鲜有可靠的化石报道。近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员李建国团队联合中国科学院地球化学研究所徐义刚院士团队，对松科2井的沙河子组下部至基底的地层开展了系统的孢粉分析（图1），从沙河子组近底部发现了一个属种丰富的孢粉组合（图2）。这一孢粉组合是松科2井迄今为止所获得的层位最低、最接近盆地基底的化石记录，为探讨松辽盆地形成时代提供了确凿的生物地层证据。相关成果发表于国际知名地学期刊《白垩纪研究》（Cretaceous Research）。该孢粉组合以蕨类植物孢子为主，其中莎草蕨科的Cicatricosisporites不仅含量最高，且多样性也相对丰富。此外，孢粉组合中还发现Pilosisporites等多种早白垩世特征化石。该组合将沙河子组最下部形成的时间限定为Aptian期，为Aptian早–中期沉积识别提供了可靠的生物地层证据支撑。根据孢粉组合，这一时期松辽盆地周边的古植被以蕨类植物为优势类群，伴生有丰富的掌鳞杉科、松科、杉科、南洋杉科植物，同时夹杂着少量苏铁类与苔藓植物，古气候整体为温暖湿润的热带–亚热带型，由早向晚显示有轻微的干旱化与变暖趋势（图3）。这一气候变化趋势与这一时期的大洋缺氧事件（OAE 1a）在海洋记录中的表现相一致，很可能是OAE 1a在中高纬度地区陆地生态系统的响应。此外，本次研究的孢粉地层对比还指示，沙河子组的底界应位于钻井剖面5960米深度处，而非5670米、5695米或5720.4米等处。本研究首次获得了最接近松辽盆地基底的生物地层证据，支持了松辽盆地形成于Aptian早–中期的观点，同时还阐明了松辽盆地开始形成时的古植被特征和温暖湿润的古气候背景，对包括松辽盆地在内的中国北方陆相盆地油气勘探具有重要的参考价值。本研究得到博士后国家资助计划和国家自然科学基金等项目的资助。论文相关信息：Miaoqin Lin, Jianguo Li*, Yixiao Wu, Tan Tan, Yigang Xu*, 2025. Vegetation and climate during the primary formation of the Songliao Basin, NE China. Cretaceous Research, 106217, https://doi.org/10.1016/j.cretres.2025.106217.图1 A. 中国东北地区松辽盆地简略地质图; B. SK-II钻井地层柱状图；C.采样深度及岩性示意图图2 松辽盆地松科2井沙河子组底部代表性孢子和花粉图3 松辽盆地Aptian早–中期的古植被和古气候演变示意图

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整合化石和组学数据揭示石蝇演化历史
近期，中国科学院南京地质古生物研究所中生代陆地生态系统研究中心蔡晨阳研究员等与扬州大学杜予州教授团队展开深度合作，基于覆盖全部现存17个科的97个石蝇物种的线粒体基因组数据，采用多模型联合分析框架，成功重建了石蝇的骨架系统发育关系，明确了各主要类群之间的演化路径，并厘清了其关键演化阶段的时间框架。该研究为理解石蝇的起源、适应与辐射演化提供了重要的分子证据和年代学约束。相关成果已于近期在线发表于跨学科期刊iScience。石蝇（襀翅目）是最古老的有翅昆虫类群之一，其生存状况是评估淡水生态系统健康的重要生物指标，具有极高的生态价值与演化生物学意义。然而，由于化石记录不完整、形态特征演化复杂以及基因数据覆盖有限，构建稳健的石蝇系统发育树一直存在挑战。近期，中国科学院南京地质古生物研究所中生代陆地生态系统研究中心蔡晨阳研究员等与扬州大学杜予州教授团队展开深度合作，基于覆盖全部现存17个科的97个石蝇物种的线粒体基因组数据，采用多模型联合分析框架，成功重建了石蝇的骨架系统发育关系，明确了各主要类群之间的演化路径，并厘清了其关键演化阶段的时间框架。该研究为理解石蝇的起源、适应与辐射演化提供了重要的分子证据和年代学约束。相关成果已于近期在线发表于跨学科期刊iScience。现生石蝇约4000种，尽管其形态学研究已较为深入，但石蝇在昆虫生命树中的系统位置，以及其各科之间的演化关系，长期以来存在诸多争议。特别是其下的真颚组（Euholognatha）和原颚组（Systellognatha）的基部关系，由于早期研究在基因取样、演化模型等方面的局限，始终悬而未决。在此次研究中，研究人员新测序了29个现生石蝇的线粒体基因组，并结合了已公开的68个类群数据，首次在线粒体基因组层面实现了对全部17个石蝇科的全面覆盖。研究团队采用了最大似然法和贝叶斯推断法，并重点应用了能够有效处理位点异质性的最优模型（如CAT-GTR模型），对全球石蝇的系统发育关系进行了全面分析。该研究明确了真颚组的早期演化关系，稳健地支持裸襀科（Scopuridae）是真颚组中最早分化的支系。这一结果与形态学证据吻合，表明该科独特的缺失求偶行为可能是次生丢失的结果。该研究不仅为争议性类群的系统位置提供了新见解，还恢复了带襀科（Taeniopterygidae）为卷襀科（Leuctridae）的姐妹群。此外，该研究厘清了原颚组的系统发育关系，并支持刺襀科（Styloperlidae）为该组的最早分化支系。通过整合最新的的古生物学和年代地层学信息，该研究重建了石蝇的演化时间框架。结果表明，石蝇的冠群起源于宾夕法尼亚纪，其现存各科的关键分化事件主要集中在乌拉尔世至早三叠世之间。这项研究构建的石蝇科级系统发育树，为未来深入探究其形态演化、生物地理学及行为生态学奠定了坚实基础。研究也证明了在采用最佳拟合模型的前提下，线粒体基因组在解析昆虫高阶元系统发育关系中的潜力。未来，通过扩大类群取样、结合核基因组数据与化石证据，将能更全面地揭示这一古老昆虫类群的完整演化历史。本研究得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的资助。论文相关信息：Wang, Y., Yang, X., Engel, M. S., Huo, Q.-B., Du, Y.-Z., & Cai, C. (2025). Reconstructing the evolutionary history of stoneflies: Phylogenetic insights and temporal dynamics. iScience, 113614. https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113614.现生所有科全覆盖的襀翅目昆虫演化时间框架襀翅目各科的演化关系和分歧时间估算

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2025-10
重新审视东亚始新世气候格局
近期，中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员谢宇龙与青藏高原研究所研究员吴福莉、院士方小敏等合作，系统收集并整合了始新世时期中国71个盆地的多指标地质记录，包括岩性、孢粉、古植物与哺乳动物化石等，在此基础上重建了中国南、中、北部地区在早、中、晚始新世的气候格局及其时空演变特征，提出了始新世东亚季风向北推进的“三阶段”演化模式，并对当前始新世东亚气候模式研究中存在的争议进行了系统梳理。该研究进一步探讨了亚洲季风-干旱环境系统的起源过程以及东亚始新世气候格局时空演变的驱动机制。相关研究成果已于近日发表在国际权威地学期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）上。亚洲东部和南部地区受季风环流主导，形成降水丰沛、植被茂密的湿润气候区；而亚洲中部地区因深居内陆、地形阻隔，海洋水汽难以进入，降水稀少，形成了以广阔的温带沙漠与戈壁景观为主的干旱区。亚洲季风-干旱环境系统的形成是新生代以来亚洲最重大的环境演变事件之一，其起源、演化及驱动机制一直是古环境研究中的核心科学问题。传统观点认为，古近纪时期东亚地区不存在现代意义的季风环流，东亚季风-干旱环境系统直至晚渐新世至早中新世才得以建立。然而，随着岩石学、沉积学、古生物学、古气候学以及气候模拟等多种学科证据的不断积累，这一经典认识正面临挑战。近年来的研究表明，东亚季风-干旱环境的起源可能早至始新世。目前，关于东亚始新世气候模式的认识仍存在较大分歧，不仅反映出对该时期是否已形成季风-干旱系统尚存根本性争议，也凸显出在该领域开展更深入、系统性研究的迫切性与重要价值。早期研究主要基于中国新生代的孢粉、古植物和岩性资料，重建了不同地质时期的古环境格局，揭示出始新世时一条东西向的宽阔干旱带横亘于中国中部，其南北两侧均为湿润气候区。然而，受限于时间分辨率较低（仅达“世”级尺度），这些研究多集中于宏观古气候时空格局的识别，缺乏分辨率更高的地质记录以揭示更详细的气候演变过程，因此对于始新世三大气候带的具体成因、时空演化细节及其驱动机制认识仍然有限。在这一背景下，系统总结与整合现有始新世地质记录，并在更细的时间尺度上对东亚地区始新世不同阶段的环境格局进行进一步划分与研究，显得尤为重要。近期，中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员谢宇龙与中国科学院青藏高原研究所研究员吴福莉，中国科学院院士、青藏高原研究所研究员方小敏等合作，系统收集并整合了始新世时期中国71个盆地的多指标地质记录，包括岩性、孢粉、古植物与哺乳动物化石等，在此基础上重建了中国南、中、北部地区在早、中、晚始新世的气候格局及其时空演变特征，提出了始新世东亚季风向北推进的“三阶段”演化模式，并对当前始新世东亚气候模式研究中存在的争议进行了系统梳理。该研究进一步探讨了亚洲季风-干旱环境系统的起源过程以及东亚始新世气候格局时空演变的驱动机制。相关研究成果已于近日发表在国际权威地学期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）上。本研究将东亚始新世气候格局的演化划分为以下三个阶段：（1）早始新世：在中国中南部（20–40°N）出现一条广阔的东西向干旱带，其南北两侧分别为海南岛–藏南地区（<20°N）与中国北方（>40°N）两大湿润带；（2）中始新世：中国南部湿润季风气候向北推进至25°N以南（涵盖今广东和广西），中部地区仍以干旱-半干旱气候为主，北部地区维持湿润状态；（3）晚始新世：南方湿润季风气候进一步北扩至26–28°N（涵盖今云南和江西中部）；中部地区仍以干旱气候为主，但呈现东部间歇性湿润、西部（西北地区）干旱加剧的空间分异格局；北方湿润带向南扩展至渤海湾盆地。综合对比东亚地区始新世古气候记录发现，约41 Ma前后中国南方季风增强与西北内陆干旱化同步发生，标志着东亚季风-干旱气候系统开始形成（图1）。本研究协调了关于始新世气候模式的长期争论，指出华南与西南地区在中晚始新世的湿润气候分别与东亚季风与南亚季风增强有关，而非传统认为的由“热带辐合带”（ITCZ）摆动所主导形成的热带季风。整个始新世期间，中国中部地区长期受副热带高压控制，气候以干旱-半干旱为主，仅晚始新世出现由轨道驱动的间歇性季风降水；东北地区的水文气候则主要受西风带调控，水分来自副特提斯海，与东亚季风无关。基于始新世亚洲构造古地理与全球气候变化背景，本研究提出东亚气候格局（季风-干旱系统）的演变受青藏高原隆升、副特提斯洋退却（特别是41 Ma的关键事件）以及全球变冷三者协同驱动（图2），由此建立了“构造-全球变化”协同驱动的东亚古环境演化框架。本研究为理解东亚始新世气候-植被格局的形成与演化及季风-干旱环境的起源提供了关键科学依据。本研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金及中国科学院南京地质古生物研究所自主部署项目共同资助。论文相关信息：Xie, Y.L., Wu, F.L*., Miao, Y. F., Yang, L.Y., Fang, X.M., 2025. Reappraisal of Eocene climate patterns in East Asia: A synthetic review. Earth-Science Reviews, 271, 1-22. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825225002429.图1. 中国始新世气候演化及其与亚洲构造活动和全球气候变化的关联图2. 始新世亚洲古地理、古气候格局演变图

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2025-09