科研进展
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缅甸琥珀揭示多样性昆虫结构色的形成机制
自然界中五彩缤纷、光怪陆离。自然界中的颜色主要有三个方面的来源：即生物发光、色素色和结构色。色素色也称为化学色，而结构色也叫物理色。结构色是自然界中色彩最为纯净且最强烈的颜色，通常由生物纳米光学结构与自然光的作用产生。化石中的结构色可以为生物之间的视觉交流和颜色的功能演化等方面提供重要证据。然而，可能是由于结构色很容易在长期的化石埋藏作用中丢失，地质历史中原始的结构色的证据极其罕见。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所蔡晨阳副研究员、泮燕红研究员一起带领研究团队，通过对白垩纪缅甸琥珀中大量的具金属色彩的昆虫进行了系统研究，发现纯净而强烈的颜色可直接在多种昆虫身体表面保存下来。通过琥珀超薄切片、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等技术的分析发现，一种青蜂科昆虫胸部表面的蓝绿色是由多层重复出现的纳米级构造组成，代表一种典型且常见的结构色类型，即多层反射膜（multilayer reflector），通过进一步的光学理论模型分析得到其反射波长与观察到的昆虫颜色波长接近，证实白垩纪琥珀昆虫身体表面显示的颜色可能是原始颜色。这一发现直接证明了超微纳米级的光学元件可在长期地质历史中稳定保存，否定了前人关于昆虫金属色不能在中生代化石中保存的观点，并对认识早期昆虫结构色生态功能的演化具有重要意义。该研究于2020年7月1日在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》（Proceedings of the Royal Society B）上。
蔡晨阳等人从白垩纪中期标本中（距今约1亿年）筛选出35枚保存精美的带金属光泽的昆虫化石，共包括3个目（膜翅目、鞘翅目和双翅目），至少7个科；其中绝大部分标本属于膜翅目青蜂科，少部分属于鞘翅目隐翅虫科、蜡斑甲科和隐翅虫科，以及双翅目的水虻科。大部分中昆虫种类的全身或是部分身体结构呈现出强烈的具金属光泽的绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色或蓝紫色。通过与古生、现生物种的对比研究，发现这些化石昆虫对应的现生属种同样有类似的带有金属光泽的颜色。因此这一发现直接证明了中生代昆虫的亮眼结构色是可以保存下来的。并且通过对其中一枚化石青蜂标本的超微分析，证实了多层反射膜是产生结构色的直接原因，这也代表着自然界中最为普遍的一类形式的结构色。
值得一提的是，缅甸琥珀中的看似能永久保存的彩色金属结构色并不是保持不变的。若琥珀昆虫在前期准备（如切割、打磨和抛光等）过程中，琥珀昆虫的任一小部分结构受到损坏，使其与空气或水分接触，则其颜色便会在短期内变成单一的银色，但金属光泽仍是可以保存的，并且这种变化是不可逆转的。这一现象的发现为揭示缅甸琥珀乃至其他琥珀中的银色昆虫的形成原因，对早期昆虫特征的认定和描述均具有重要的参考价值。
琥珀昆虫的结构色具有重要的生态意义，较为常见的绿色很可能是在茂密森林环境中的一种隐蔽色，能帮助昆虫隐匿自身从而躲避捕食者。另外，结构色参与昆虫热调节的可能性也不能完全被排除。因此不同色彩的结构色出现在不同种类的昆虫中，在一定程度上暗示了白垩纪中期森林中已经存在复杂的生态关系。
本项研究由中国科学院、国家自然科学基金委和中科院青促会的联合资助。
论文信息：Cai Chenyang*, Tihelka E., Pan Yanghong*, Yin Ziwei, Jiang Rixin, Xia Fangyuan, Huang Diying. 2020 Structural colours in diverse Mesozoic insects. Proc. R. Soc. B 20200301. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2020.0301022020-07 -
侏罗纪植物化石揭示穗花杉近1.6亿年形态演化迟滞
红豆杉是著名的庭园树种，在世界各地被广泛栽培，一直备受世人喜爱。狭义红豆杉科植物包括红豆杉属、白豆杉属、穗花杉属、榧树属和澳洲红豆杉属。在野生状态下，很多红豆杉科植物都属于濒危珍稀物种。穗花杉属现今仅有5~6个现生种，它们均被世界自然保护联盟（IUCN）列为严重濒危珍稀物种。
化石证据显示，红豆杉科演化历史漫长，其祖先类群在侏罗纪最早期就已经出现，并在侏罗纪和白垩纪可能已具有一定的多样性。但具研究价值的红豆杉科化石非常有限，尤其是保存了繁殖器官的化石材料更加缺乏，使得研究者们对红豆杉科现生属起源和早期演化的认知较为匮乏。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所董重博士、史恭乐副研究员、王永栋研究员和美国芝加哥植物园、美国橡树泉园林基金会和耶鲁大学森林与环境学院等机构同行合作，系统研究了我国东北中-晚侏罗世道虎沟生物群中的一类红豆杉科化石。通过比较形态学证据和形态谱系分析均支持这些化石属于现生的穗花杉属。研究结果表明，与银杏类似，穗花杉代表了另外一种起源时间可追溯到中-晚侏罗世（距今约1.6亿年）的植物“活化石”，在近1.6亿年来其形态几乎未发生变化。2020年6月，这一研究成果在线发表于高水平综合类期刊《国家科学评论》（National Science Review）。
该植物化石产自内蒙古宁城道虎沟村的道虎沟化石层。化石末级小枝近对生，几乎展布在同一平面，叶呈线状披针形，交互对生，叶正面具明显凸起的中脉，背面中脉、两条气孔带和两条叶边缘带明显；种子着生结构单生于小枝叶腋，由一个顶生的种子和一个短而裸露的种柄构成，种子基部有约5对交互对生的苞片。化石的这些形态特征和现生穗花杉非常相似。
研究进一步采用13组形态特征对包括狭义红豆杉科现生种和化石种、三尖杉属现生种在内的10个类群进行了系统发育分析，分别采用了完全基于形态学数据的传统方法，和以分子系统发育树为骨架的分子骨架法。分析结果均证实道虎沟这一植物化石可归入现生穗花杉属。内蒙古东部中-晚侏罗世道虎沟化石层中发现的这一植物化石证实，穗花杉的起源时间至少可追溯至约1.6亿年前。
活化石”这一概念最早出现于达尔文1859年所著的《物种起源》一书。“活化石”所反映的形态演化迟滞现象是演化生物学最令人饶有兴趣的科学问题之一。我国现代植物多样性丰富，其中不乏大量起源古老的科属和孑遗类群。根据可靠化石记录，我国的珍稀植物滇桐、珙桐、青钱柳和水杉等最早的化石记录可追溯至新生代早期；台湾杉、雪香兰等可追溯至早白垩世。而本次研究证实，穗花杉和银杏一样，最早化石记录可追溯至侏罗纪，是名副其实的植物“活化石”。
相关研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、美国国家科学基金、中国科学院青年创新促进会等机构的联合资助。
论文相关信息：Dong Chong, Shi Gongle*, Herrera F., Wang Yongdong, Herendeen P. S., Crane P. R., Middle-Late Jurassic fossils from northeastern China reveal morphological stasis in the catkin-yew. National Science Review. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa138012020-07 -
山东新发现拉伸纪宏体化石生物群
多细胞宏体真核生物的出现是地球生命进化史上极为重要的革新事件，生物开始多细胞化以后，才逐步产生细胞的分化，从而实现器官的分化以及出现各种复杂的形态和功能。从寒武纪至今的生命历史中，复杂的多细胞生物是地球生物圈的主体，植物、动物和大型真菌占据了陆地生态系统，而海洋生态系统中则以动物和海藻为主，它们在现代海洋生态系统中起着重要的生态和生物地球化学作用。但在寒武纪之前，多细胞生物是在何时、何种环境背景下以何种形态由微小的、单细胞生物演化而来？要回答这些问题，只有保存在更古老岩层中的生物化石才能提供最直接的证据。
分子钟研究显示，多细胞真核生物的主要类群（植物、动物和真菌）在新元古代早期的拉伸纪甚至更早的时代即已起源，其中藻类的演化历史可追溯至古元古代或中元古代。然而，生物标记化合物保存下来的分子化石表明，在新元古代大冰期之前的海洋中，原核生物是主要的初级生产者，直到新元古代大冰期藻类才初步具备了生态优势，并逐渐成为海洋中主要的初级生产者。在新元古代早期的拉伸纪，宏体藻类的化石记录非常稀少。与新元古代晚期的埃迪卡拉纪宏体藻类化石群相比，拉伸纪的宏体藻类化石群，多样性通常低很多，藻类的形态也相对简单。
最近，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的庞科副研究员、王伟副研究员、吴承羲等研究者与山东科技大学陈雷教授、李光金博士等通过多年的化石挖掘和合作研究，从华北地台山东安丘地区的拉伸纪地层土门群石旺庄组（距今约9.1-7.2亿年）中报道了一个丰富的、保存精美、形态多样的宏体藻类化石生物群。相关成果已于近期发表在地学类学术期刊《前寒武纪研究》（Precambrian Research）上。
石旺庄组生物群以布尔吉斯页岩型的形式保存为碳质压膜，由12属16种以及1个未命名丝状体组成，包括新建立的1属6种：Anqiutrichoides constrictus n. gen. and sp.；Eosolena magna n. sp.；Protoarenicola baishicunensis n. sp.；Protoarenicola shijiacunensis n. sp.；Pararenicola gejiazhuangensis n. sp. 和Sinosabellidites huangshanensis n. sp.。石旺庄生物群的属种多样性，远大于以往发现的其他拉伸纪化石生物群，几乎可以与埃迪卡拉纪的化石生物群，如蓝田生物群、庙河生物群中的藻类多样性相比较。
石旺庄生物群，含有11中真核宏体藻类化石、4种蓝细菌化石，以及2种生物属性未知的类型。3种宏体化石，包括Chuaria、Anqiutrichoides constrictus、Eosolena magna，保存了精美的多细胞结构。其中，Anqiutrichoides constrictus和Eosolena magna由亚毫米-毫米级的巨型细胞组成丝状体，为多核的（一个细胞内含有多个细胞核）多细胞绿藻化石。7种宏体化石，包括Protoarenicola baiguashanensis、Protoarenicola baishicunensis、Protoarenicola shijiacunensis、Pararenicola huaiyuanensis、Pararenicola gejiazhuangensis、Sinosabellidites huainanensis和Sinosabellidites huangshanensis，为具有精细横向环纹结构的多核管状藻类（整个管状体为具有多个细胞核的单个细胞）。其中，Protoarenicola属的管状体一端具有圆盘状固着器，Pararenicola属的管状体一端具有开口、另一端封闭，而Sinosabellidites属的管状体则两端均封闭。
石旺庄生物群的发现，为我们认识新元古代大冰期之前的宏体藻类面貌提供了重要的直接证据，表明真核生物的某些进化分枝可能通过简单的多细胞化或多核体形式实现了宏体化，并为最终出现的复杂多细胞化铺平了道路。石旺庄生物群丰富、多样的藻类化石亦表明，在拉伸纪的宏体藻类的多样性被严重低估，它们可能已经开始在全球范围内（或至少在局部）起到了重要的生态和生物地球化学作用。
此外，石旺庄生物群中的Chuaria-Tawuia组合和Sinosabellidites-Protoarenicola-Pararenicola组合为典型的拉伸纪化石属种组合，具有重要的生物地层学意义，表明石旺庄组为拉伸纪沉积的地层。
此项研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院、现代古生物学和地层学国家重点实验室、山东科技大学等相关项目的联合资助。
论文相关信息：Li, G#., Chen, L.#*, Pang, K.*, Zhou, G., Han, C., Yang, L., Lv, W., Wu, C., Wang, W., Yang, F. An assemblage of macroscopic and diversified carbonaceous compression fossils from the Tonian Shiwangzhuang Formation in western Shandong, North China. Precambrian Research,2020, 346: 105801.
图1 石旺庄生物群中的Chuaria circularis和Chuaria多细胞聚集体 (A-C)、Tawuia dalensis (E-G)、Vendotaenia sp. (H-I)、Mucoplagum primitivum (J)、Glomulus filamentum (K)、未命名丝状体(L)以及Beltina danai (M)
图2 石旺庄生物群中的Protoarenicola baiguashanensis (A-B)、Protoarenicola baishicunensis n. sp. (C-E)、Protoarenicola shijiacunensis n. sp. (F-G)；Pararenicola huaiyuanensis (H-I)、Pararenicola gejiazhuangensis n. sp. (J–K) ；Sinosabellidites huainanensis (L)、 Sinosabellidites huangshanensis n. sp. (M)232020-06 -
瓮安胚胎化石细胞核埋藏机制研究取得新进展
细胞核结构在化石记录中非常稀少，但它们作为真核细胞的重要判定特征，对探索真核生物的起源与早期演化有重要的意义。近日，中国科学院南京地质古生物研究所殷宗军研究员领衔的国际合作团队在距今6亿年的瓮安胚胎化石中发现了多种矿化模式的细胞核结构，并结合埋藏学模拟实验，重构了这些细胞核结构的埋藏过程，丰富了人们对细胞核保存潜力的传统认识。相关研究于近日以封面文章的形式发表在英国皇家学会旗下主打学科交叉的杂志Interface Focus上。
细胞核作为鉴别真核生物最重要的亚细胞结构，理应在评估早期真核生物化石记录、探索真核生物的起源和早期演化等方面中扮演重要角色。然而，由于细胞核难以在常规化石埋藏窗口中保存，故长期以来不少学者认为细胞核太容易腐烂降解，因而早期真核生物的细胞核几乎不可能在化石记录中保存下来，这使得在前寒武纪化石记录中追索真核生物起源的线索主要依靠细胞尺寸、细胞骨架复杂程度、有氧呼吸和固醇合成能力等间接证据，细胞核等亚细胞结构在探索真核生物起源的研究中长期缺位。但实际上细胞核并非无法保存，前人已报道了不少保存精美的细胞核结构，甚至细胞核中的染色体都能矿化保存下来，这些记录分布在地质历史的不同时期，既涉及动物细胞也涉及植物组织。因此理论上早期真核生物的细胞核结构不仅可以在特异埋藏窗口中发现，而且能为评估真核生物的起源提供重要线索。
如要在早期真核化石记录中识别细胞核结构，充分发挥这些化石记录在重建真核生物起源过程中的潜力，那么探明细胞核的埋藏潜力，重建其埋藏路径和矿化模式则尤为重要。鉴于此，研究人员聚焦距今6.09亿年的瓮安生物群中的胚胎化石——它们在亚细胞级别上保存了包括细胞核在内的精美生物学结构。瓮安胚胎化石中的核状结构最初在2006年被发现(Hagadorn et al., 2006)，而对于该结构的解释则一波三折充满争论(Chen et al., 2009; Huldtgren et al., 2011; Schiffbauer et al., 2012)。此前殷宗军等人通过三维无损成像和体数据定量统计分析等手段证实瓮安胚胎化石细胞中大的核状结构最可能是细胞核(Yin et al., 2017)，而不是成岩作用形成的假像。不过，这些细胞核结构的埋藏和矿化过程仍然是未知之谜。
最近，中国科学院南京地质古生物研究所博士生孙玮辰、殷宗军研究员、朱茂炎研究员，与中国地质科学院地质研究所刘鹏举研究员、英国布里斯托大学John Cunningham博士、Philip Donoghue教授等合作，从正、反演结合的视角，一方面联用多种显微学和显微谱学技术包括显微CT、同步辐射断层成像、背散射扫描电子显微成像、能谱和共聚焦显微拉曼光谱技术等，对瓮安胚胎化石的细胞核的显微结构和原位元素、矿物成分进行了高分辨率、高精度分析；另一方面采用埋藏学模拟实验，设置对照腐解实验评估细胞核的腐解速度和埋藏潜力。
综合结果显示，细胞核结构由于有细胞膜和核膜的双重保护，其降解速率并无传统观念认为的那样快，因此瓮安胚胎化石的细胞矿化过程中细胞质部分往往先于细胞核发生矿化。相较于细胞质，细胞核不仅更抗腐解，而且在由外而内的磷酸盐化过程中往往较难直接矿化。以上来自化石记录和实验的证据揭示了一个埋藏路径：优先矿化的细胞质为细胞核形成了一个外模，对细胞核起到一定程度的保护作用，而更耐腐烂的细胞核会在后期的埋藏过程腐解殆尽被不同矿化充填，或者未完全腐解而被不同矿物交代。
这项研究不仅为理解瓮安生物群中细胞核结构的保存机制提供了依据，还为在磷酸盐化胚胎化石中识别细胞核结构提供了参考。该研究质疑了细胞核不能在早期真核化石记录中保存的传统观点，为重新研究早期真核生物化石记录中的核状结构，追溯真核生命早期演化史提供了新的启示。
该研究受到中国科学院战略先导专项（B）、国家自然基金（NSFC）、中科院青年创新促进会和英国环境理事会（NERC）共同资助资助。
论文相关信息： Weichen Sun, Zongjun Yin*, John A. Cunningham, Pengju Liu, Maoyan Zhu and Philip C. J. Donoghue*. Nucleus preservation in early Ediacaran Weng'an embryo-like fossils, experimental taphonomy of nuclei and implications for reading the eukaryote fossil record. Interface Focus 10: 20200015.http://dx.doi.org/10.1098/rsfs.2020.0015192020-06 -
6亿年前瓮安旋孔虫的身世之谜
6亿年前的瓮安生物群中，有一类胚胎状化石表面上长有奇怪的螺旋状线圈，这到底是一种什么样的生物？长期以来学界有各种假说，但均没有足够的证据证实。近日，中国科学院南京地质古生物研究所牵头的国际团队，通过高分辨率显微CT和同步辐射显微断层成像技术，对这类化石的内部结构进行了研究，最终破解了其身世之谜。相关研究于2020年6月13日在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》（Science Advances）上。
动物是如何起源的呢？这一直是困扰古生物学家和演化生物学家的前沿科学问题。
探索这一问题的答案有两种途径：一种是演化发育生物学理论推测，即从分子的层面对比动物及其单细胞亲近的发育过程，在分子生物学（分子系统学和分子钟）构建的动物总界时间树（time tree of holozoan，动物总界包括所有后生动物及其单细胞近亲）的基础上，推测动物祖先的生物学特征，并重建这些特征的系统发生过程，估算其出现的时间；而另一途径则是古生物学实证研究，即通过追溯最早的动物及其近亲的化石记录，重建动物起源的过程并卡定动物起源时间的上限。
长久以来，由于最早的动物化石记录难觅踪迹，动物起源领域一直是演化发育生物学的理论研究占据主导地位，直到埃迪卡拉纪瓮安生物群中发现了大量动物胚胎状化石后这一局面才开始发生变化。
瓮安生物群中胚胎状化石的生物学属性一直充满争议，但近几年的研究进展对这些化石的认识逐渐趋向了一致：它们当中一些类群可能代表了最早的动物（包括干群动物），而另一些可能代表了动物的单细胞亲近。尽管很难确认哪些是动物，哪些是动物单细胞近亲，但将这些胚胎状化石放置在动物总界范围内是没有争议的。因此，这些在细胞层级上保存了不同发育阶段的标本，使得古生物学家通过化石记录检验演化发育生物学家提出的动物起源模型成为可能。
当前，瓮安生物群中动物总界类群的演化发育生物学方面的研究工作才刚刚起步，其中仍有大量系统分类位置不明的疑难化石，其中有一些疑难化石和动物胚胎状化石外观非常类似——瓮安旋孔虫就是其中一个典型。
瓮安旋孔虫呈球形，发育了类似常见的瓮安胚胎状化石大积球类（Megasphaera）带装饰的囊包，囊包上还发育了一条从一极延伸至另一极的螺旋状线圈。
不同的学者根据瓮安旋孔虫囊包形态和螺旋线圈结构与大积球或者旋胞类相似而将它和大积球或旋胞类联系在一起，认为它是大积球或者旋胞类的不同发育阶段，从而提出了多种不同的亲缘关系假说，包括刺胞动物原肠胚、八臂仙母虫的胚胎、绿藻、动物单细胞近亲等。也有学者认为它们是独立的物种，并将它们解释为单细胞生物有孔虫。
瓮安旋孔虫的生物学属性之所以存在较大争议，主要原因是其内部生物学结构不清楚。但解决其身世之谜对深刻理解瓮安动物胚胎状化石的演化生物学意义和解决长久以来的争论均具有重要意义。
那瓮安旋孔虫究竟是什么呢？
为此，中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的殷宗军研究员、朱茂炎研究员和中国地质科学院地质研究所刘鹏举研究员以及英国布里斯托大学Philip Donoghue教授等合作，采用高分辨率显微CT和同步辐射显微断层成像技术，扫描了数百个瓮安旋孔虫化石标本，最终找到了保存精美的内部生物学结构。
研究人员发现，瓮安旋孔虫和大积球以及旋胞类一样，具有类似的发育过程，即从单细胞期通过不增长的细胞分裂一直发育到成千上万细胞阶段。这一发育过程表明瓮安旋孔虫不可能是单细胞的有孔虫，也不是大积球或者旋胞类的早期或者晚期发育阶段。故前人根据他们与大积球和旋胞类的相似而提出的各种假说均不成立。
研究人员综合了旋孔虫的发育过程和形态结构特征，认为旋孔虫属于动物总界的一员，因此旋孔虫的发育过程也为理解动物起源提供了重要线索。
瓮安生物群中胚胎状化石包括大积球、旋胞类、笼脊球等均发育了相似的带装饰的囊包，这一特征并不具备生物学分类意义，而是趋同演化的结果。由于埃迪卡拉纪早期海洋环境较为严苛，氧化还原状态不稳定，因此几乎所有的胚胎状化石都发育了相似的厚壁囊包以保护自身。但这种类似的囊包结构掩盖了瓮安生物群的生物多样性，意味着瓮安生物群中可能还有更多属于动物总界的化石类群未被发现，未来应该有更大的潜力值得挖掘。
相关研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、英国自然环境研究理事会、中国国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会、欧盟地平线2020计划等的支持。
论文相关信息：Z. Yin, W. Sun, P. Liu, M. Zhu, P. C. J. Donoghue, Developmental biology of Helicoforamina reveals holozoan affinity, cryptic diversity, and adaptation to heterogeneous environments in the early Ediacaran Weng’an biota (Doushantuo Formation, South China). Sci. Adv. 6, eabb0083 (2020).162020-06 -
埃迪卡拉纪宏体化石埋藏学和古生态学研究新进展
全世界范围内广泛分布的埃迪卡拉生物群，是“寒武纪生命大爆发”前夕最为独特的宏体化石生物群。其时代为埃迪卡拉纪中-晚期（579-541Ma），代表了一些最早的具复杂形态的宏体多细胞真核生物组合，其中大多化石是以铸模或铸型的方式保存在粗碎屑岩中。近来的研究表明，部分埃迪卡拉型化石也可以以铸模或铸型的方式保存在碳酸盐岩中，或者以碳质压膜的形式保存在黑色页岩中，并且可以延伸到埃迪卡拉纪早期（635-579Ma），但仅有极少数类型化石可以同时出现在不同的埋藏窗口中。
我国华南扬子地台埃迪卡拉系地层发育完整，岩性多样。其中的陡山沱组/蓝田组的黑色页岩和灯影组石板滩段的灰岩中，都产出有埃迪卡拉型化石，为拓展埃迪卡拉纪宏体化石的地层、环境、埋藏和生态分布等认识奠定了重要的基础。
中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队万斌副研究员等人，与美国弗吉尼亚理工大学、加利福尼亚大学河滨分校，以及印度比巴尔-萨尼古代科学研究所的研究者合作，在华南的蓝田生物群和石板滩生物群，以及澳大利亚的埃迪卡拉生物群中，发现了一类共同的化石分子——扇状化石Flabellophyton。该研究成果近期以焦点综述（Focus review）的形式发表在国际著名期刊《冈瓦纳研究》（Gondwana Research）上。
扇状化石Flabellophyton是蓝田生物群（635-579Ma）中的代表分子，以碳质压膜的形式的保存于埃迪卡拉纪蓝田组二段的黑色页岩中；随后又被发现于澳大利亚南部埃迪卡拉纪中-晚期的埃迪卡拉生物群（560-550Ma）中，并以铸模或铸型的方式保存在埃迪卡拉砂岩段；近来，该研究团队又在华南埃迪卡拉纪晚期的石板滩生物群（551-539Ma）中发现了这类化石，其以铸模或铸型的方式保存在灯影组石板滩灰岩段中。基于我国华南蓝田生物群和石板滩生物群中的化石材料，研究人员对这类化石进行了系统分类和描述，识别出了三个不同的形态种：蓝田扇形藻（F. lantianense）、标准扇形藻（F. typicum sp. nov.）和钝锥扇形藻（F. obesum sp. nov）。依据形态学特征和解剖学结构，将其恢复为一种具有基部固着器、下部柄状结构、上部锥状主体和顶端开口的，营固着底栖、直立生长的疑难生物类型。
这一发现不仅扩展了扇状化石Flabellophyton的地层和时代分布，同时也使其成为目前唯一一种可以保存在三种不同埋藏窗口中的埃迪卡拉型化石。相关发现为进行比较埋藏学和古生态学提供了实证材料和新认识：
（1）不同的埋藏方式和过程都在一定程度上参与了埃迪卡拉纪宏体化石的保存：蓝田生物群扇状化石Flabellophyton化石埋藏学研究表明有机质碳化、黄铁矿化和粘土矿物参与了化石的保存过程；石板滩生物群化石表明微生物席的参与和自生的方解石的充填有助于化石的保存；而埃迪卡拉生物群化石埋藏学研究认为自生的二氧化硅或者黄铁矿有助于微生物席形成“死亡假面”，促进了化石的保存。
（2）一些重要的环境因素，例如水深、基底性质、水体的氧化还原状态等影响着埃迪卡拉纪宏体化石的生态和埋藏分布：扇状化石Flabellophyton具有较强的环境适应性和生态迁徙/扩张的能力，从埃迪卡拉纪早期蓝田生物群代表的间歇性氧化的较深水安静泥质基底环境，扩展到埃迪卡拉纪中晚期的石板滩生物群代表的动态氧化的较浅水碳酸盐岩基底环境和埃迪卡拉生物群代表的氧化浅水砂质基底环境。
（3）蓝田生物群中的扇状化石Flabellophyton形成了埃迪卡拉纪早期的较深水环境中的固着底栖、直立生长的生态群落，这一简单的垂向生态系统取代了之前的较为原始的微生物席状生态系统，并在埃迪卡拉纪中-晚期同其它埃迪卡拉型生物一起逐步迁徙/扩展到了整个海洋，为之后复杂生态系统的形成奠定了基础。
本研究受到国家自然科学基金、中国科学院中科院战略性先导科技专项（B类）和重点部署项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室项目，以及美国国家地理学会项目的联合资助。
论文信息：Bin Wan, Zhe Chen, Xunlai Yuan, Ke Pang, Qing Tang, Chengguo Guan, Xiaopeng Wang, S. K. Pandey, Mary L. Droser and Shuhai Xiao. 2020. A Tale of Three Taphonomic Modes: The Ediacaran Fossil Flabellophyton Preserved in Limestone, Black Shale, and Sandstone. Gondwana Research 84: 296-314.https://doi.org/10.1016/j.gr.2020.04.003092020-06 -
银杏植物化石揭示对侏罗纪古大气CO2浓度重建的影响
大气中二氧化碳浓度（pCO2）的升高被广泛认为是导致全球变暖的主要因素，因此，重建地质历史时期大气CO2浓度对于人类预测未来全球气候变化趋势具有重要的借鉴意义。植物化石的气孔参数及碳同位素组成是重建古大气CO2浓度的理想材料，从而备受地质古生物学界重视。大气中CO2浓度与维管植物气孔指数之间的反比关系已被广泛用于估算古大气CO2浓度。近年来，以气孔为参数等重建古大气CO2的方法不断完善。然而，不同方法在恢复古大气CO2的一致性和准确性方面亟待评估。这些一致性的差异，主要与采用不同植物物种的气孔特征校准方法有关。
为此，中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员带领的国际科研团队，与西北大学地质学系博士后周宁及爱尔兰都柏林大学Jennifer McElwain教授等人共同合作，基于华南鄂西地区早侏罗世的银杏植物化石，首次系统评估了经验模型、回归分析模型与光合作用模型三种重建方法在恢复古大气CO2的准确性，并据此重建了我国南方鄂西地区早侏罗世古大气CO2浓度的连续变化趋势。研究成果近期发表在国际地学学术刊物《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。
研究团队首次从有效选择气孔记数方式、计算光合作用初始同化率、植物化石碳同位素计算古大气碳同位素组成、表皮细胞多倍体基因组等方面，对三种模型进行了测试和改进。结果显示，通过对单一银杏化石物种（似银杏Ginkgoites）采用三种方法恢复早侏罗世古大气CO2浓度的相互比较，发现经验模型和回归分析模型两种模型法在古大气CO2估算和趋势上具有高度的一致性。研究者选取同一化石采集点的两种不同银杏化石物种（似银杏Ginkgoites和楔拜拉Sphenobaiera），并利用三种模型分别进行了测算和比较，结果表明当用不同的银杏化石物种恢复CO2浓度时，三种模型都显示出与物种相关的不确定性，但经验模型和回归分析模型表现出更好的稳定性。
此外，研究还首次发现，同一层位的同一银杏化石物种（Ginkgoites marginatus）表皮细胞的染色体基因组大小，与光合作用模型过低估计古大气CO2浓度相关；而利用植物化石碳同位素估计大气碳同位素组成，则能够有效提高光合作用模型在计算古大气CO2浓度时的精度。
研究人员利用上述三种方法重建的华南鄂西地区早侏罗世古大气CO2浓度为900–1400ppm，是现今大气CO2浓度的大约3-4倍，这一结果与前人利用植物气孔参数法和地球化学模型重建的早侏罗世CO2浓度结果基本一致，表明在距今1.8亿年左右的早侏罗世晚期为温室气候期，并导致出现了全球性的大洋缺氧事件和气候升温事件。
本项成果的第一作者为周宁博士（现为西北大学博士后），王永栋研究员和Jennifer McElwain教授为论文通讯作者，中国科学院南京地质古生物研究所李亚博士、李丽琴博士、鲁宁博士，都柏林大学Porter Amanda博士和挪威奥斯陆大学Kürschner Wolfram教授是该论文共同合作者。
本项研究由国家自然科学基金项目、中科院战略性先导科技专项（B类）、国家重点研发计划项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室项目和中科院留学基金项目等联合资助。
论文信息：Zhou Ning, Wang Yongdong*, Li Ya, Porter Amanda, Kürschner Wolfram, Li Liqin, Lu Ning, McElwain Jennifer*, 2020. An inter-comparison study of three stomatal-proxy methods for CO2 reconstruction applied to early Jurassic Ginkgoales plants. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 542, 109547. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2019.109547
中国华南鄂西地区早侏罗世的两种银杏植物化石（似银杏Ginkgoites，左图）和楔拜拉Sphenobaiera，右图）及其表皮构造和气孔分布特征
利用早侏罗世银杏植物化石重建古大气CO2浓度的三种方法比较（红色表示回归分析法（Barclay and Wing, 2016）；绿色表示气孔参数法（McElwain,1998）；蓝色表示光合作用模型（Franks et al., 2014））
早侏罗世华南地区与东格陵兰两种银杏类植物化石（似银杏Ginkgoites和楔拜拉Sphenobaira）和现生银杏（Ginkgo）表皮细胞多倍体基因组的比较
282020-05 -
运用铁同位素方法示踪寒武纪大爆发主幕期间铁循环模式
寒武纪大爆发自达尔文始，一直为国际地质学界所聚焦。关于寒武纪大爆发的环境控制因素，一直是困扰着演化生物学和地球科学的一个学术难题。随着产氧光合作用等的出现，早期地球逐渐被氧化。但是，此种地球大气-海洋系统的氧化过程与生命起源、演化之间的耦合关系一直是待解之谜，特别是大气-海洋系统含氧量在寒武纪大爆发中的作用直到现在依然存有争议。
与现代富氧海洋不同，地球早期海洋主要呈现出富铁状态。海洋中还原性Fe2+成为了地球早期海洋中游离氧逐渐聚集所必须克服的主要障碍之一。前人业已对中国南方埃迪卡拉纪—寒武纪界线附近大量不同相带、不同岩性的样品进行过铁组分分析。由中国科学院南京地质古生物研究所向雷博士、张华研究员、曹长群研究员与美国美国西卡罗莱纳大学、中国科学技术大学和南京大学的合作者等所组成的研究团队，前期对浙江省西部淳安县的一口页岩气勘探取心井（淳页1井）的岩芯资料开展了铁组分研究，获得了该时期下扬子区特有的连续硫化环境记录。
为进一步探讨这一时期中国南方海洋中铁的来源、迁移模式及沉淀机制等科学问题，需运用铁同位素等非传统同位素研究方法来进行示踪研究。为此，研究团队通过对淳页1井40件样品进行了铁同位素研究，并结合不同元素的比值等指标，发现：埃迪卡拉纪—寒武纪转折期的富铁海洋的铁库规模已经非常有限，与现代海洋大致接近。海洋Fe2+的主要供给源是大气尘埃和河流输送的铁，而非热液来源的铁。黄铁矿化，而非氧化作用主导了这一时期富铁海洋中Fe2+的主要沉淀作用。
这项研究也加强了此前研究团队依据铁组分和微量元素得出的关于“在寒武纪大爆发主幕，中国南方海洋并未发生全盆氧化，相反，在浙西等地缺氧水体还有一定程度的扩展，而海洋含氧量上升到接近于现代值应当至少发生在寒武纪大爆发主幕之后（寒武纪第四阶）”的认识。
该研究成果已在线发表在国际地学期刊Chemical Geology。该项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的资助。
论文相关信息： Xiang, L., Schoepfer, S.D., Zhang, H., Chen, Z.W., Cao, C.Q., Shen, S.Z., 2020. Deep-water dissolved iron cycling and reservoir size across the Ediacaran-Cambrian transition. Chemical Geology, 541: 119575. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119575272020-05 -
华南二叠系-三叠系界线微生物岩研究新进展
距今约2.52亿年前的二叠纪末期发生了显生宙最大的生物灭绝事件，造成了超过90%的海洋物种从地球上完全消失。后生动物的大量灭绝导致了微生物的极度繁盛，主要表现为灭绝之后的地层中微生物岩的广泛发育和微生物标志化合物丰度的激增。由于微生物岩广泛发育的现象主要发生在前寒武纪的地层中，因此二叠系-三叠系界线附近大量发育的微生物岩又被称为错时相，它是大灭绝后生态环境崩溃倒退回早期原始状态的一种标志。
虽然二叠纪末大灭绝后微生物繁盛的现象已成共识，但关于这些微生物的种类组成和生活习性我们依然知之甚少。这是由于一方面微生物本身很难保存为化石，另一方面二叠系-三叠系界线附近的微生物岩主要为碳酸盐岩，强烈的成岩作用使微生物化石的保存更加困难。
最近，由中国科学院南京地质古生物所郑全锋副研究员、李越研究员、张华研究员与中国科学院南海海洋研究所、南京大学的合作者，对华南多条二叠系-三叠系界线剖面微生物岩中的微生物进行了包括露头剖面、岩石光片、岩石薄片、扫描电镜和拉曼光谱等多尺度、多手段的综合研究，该研究成果已在线发表于《三古》（Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology）。
研究发现，一类纹层状的微生物化石普遍存在于华南的二叠系-三叠系界线微生物岩中。该微生物化石主要包括两个部分：纹层状的柄和柄端的球状物。球状物直径约20-40微米，由泥晶镁方解石/白云石壁和亮晶方解石充填物构成。纹层状柄长度一般在几个微米到几百个微米间，主要由“叠杯状”的镁方解石或白云石泥晶纹层构成，之间可充填微亮晶或亮晶方解石。这类微生物化石在形态上与前寒武纪的底栖蓝细菌化石Polybessurus bipartitus极为相似，相似形态的底栖蓝细菌也生活于现代的巴哈马海岸。因此，这一微生物化石被暂定为似Polybessurus（Polybessurus-like）化石，应为球状单细胞底栖蓝细菌化石。
这类蓝细菌通过不断的分泌胞外聚合物形成长柄，一方面使菌体能够固着于岸边的浅海海底，另一方面能够使菌体不断上移，这些功能均使蓝细菌能够争取到更多的阳光进行光合作用。似Polybessurus化石广泛发育于华南的二叠系-三叠系界线微生物岩中，是界线微生物岩的主要造岩微生物化石。并且，由于似Polybessurus生长和排列方式的不同，形成了不同形态的微生物岩类型，包括叠层石、凝块石和树形石。
本研究揭示了华南二叠系-三叠系界线微生物岩的主要造岩微生物类型、以及不同形态类型微生物岩的成因，一定程度上再现了二叠纪末生物大灭绝后赤道附近浅水碳酸盐台地滨岸环境的微生物群面貌，对于了解大灭绝后的海洋生态环境具有重要意义。
该项研究得到了中国科学院前沿科学重点研究计划项目、战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的资助。
论文相关信息：Zhang, X.Y., Zheng, Q.F.*, Li, Y., Yang, H.Q.*, Zhang, H., Wang, W.Q., Shen, S.Z., 2020. Polybessurus-like fossils as key contributors to Permian-Triassic boundary microbialites in South China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 552: https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.109770.252020-05 -
新疆塔城新研究确定中国已知最早森林的时代
约3.72亿年前的晚泥盆世弗拉期-法门期（Frasnian-Famennian, F-F）之交发生了地史五大灭绝事件之一的晚泥盆世生物大灭绝（F-F事件），致使海洋和陆地生物多样性急剧降低。由于该时期陆相沉积和化石记录稀少，因而关于该事件对陆地生态系统影响的研究较少。另外，一些陆相地层区域的弗拉期-法门期界线位置也长期存在争议。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的徐洪河研究员与香港大学郑大燃博士等合作，对新疆塔城西准噶尔地区中—晚泥盆世数条陆相剖面进行了详细的古生物学和同位素年代学研究，取得了该区域古环境变化的新认识。相关成果在线发表于国际地学期刊《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。
研究团队对西准噶尔地区四条富含植物化石的朱鲁木特组地层剖面（251山、布龙果尔、萨尔巴和干那仁剖面）开展了详细的地质调查、化石采集和同位素年代学研究。朱鲁木特植物群包含有晚泥盆世森林中典型的树型植物化石，其主要由石松类（Lycopsida），古羊齿类（Archaeopteridales）和枝蕨类（Cladoxylopsida）三类植物构成，这三类植物化石是构建中—晚泥盆世森林的典型树木类型，它们在西准噶尔地区的广泛分布，表明该地区森林存在的范围。
研究团队对萨尔巴剖面植物化石层进行了高精度的锆石铀-铅（U-Pb）定年，将朱鲁木特植物群的时代限定在弗拉期最早期（371.5 ± 0.9 Ma），与海相弗拉期-法门期界限（约372 Ma）同时或略晚于后者。该年代表明朱鲁木特植物群是我国目前已知最早的森林，该森林的形成时间与弗拉期—法门期界线一致。此外，研究团队还对251山剖面呼吉尔斯特植物群的同位素年代进行了重新处理和计算，获得了更为精确的年代，将该植物群限定在约382.4 Ma-380.4 Ma。
研究团队分析对比了西准噶尔地区呼吉尔斯特和朱鲁木特植物群的面貌，根据两个植物群面貌所发生的变化，提出了植物群转变与弗拉期—法门期大灭绝事件之间的潜在联系。同时，精确的定年结果也解决了西准噶尔地区弗拉期—法门期界线位置的长期争议，并将该界线确定在朱鲁木特组上部，而非洪古勒楞组底部。
该研究得到中国科学院战略重点研究计划，香港大学基础研究种子基金和国家自然科学基金的支持。
论文信息：Zheng, D.R., Chang, S.C. *, Algeo, T., Zhang H.C., Wang, B., Wang, H., Wang, J., Feng, C.Q., Xu, H.H.*, 2020. Age constraint for an earliest Famennian forest and its implications for Frasnian-Famennian boundary in West Junggar, Northwest China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 552, 109749. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.109749212020-05