科研进展
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早白垩世广阔的“大印度”：基于放射虫生物古地理的限定研究明确了早白垩世南半球中高纬度冷水动物群在西藏南部的分布和受控机制，并且从生物古地理方面为长期存在争议的“大印度”的大小问题提供了证据。研究成果发表于国际知名期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）。东冈瓦纳大陆主要由印度、南极洲、澳大利亚和其他一些微大陆组成，在中侏罗世与非洲大陆分离。早白垩世1.32亿年前，随着澳大利亚西北处新的洋中脊扩张，印度大陆从南半球中高纬度地区向北漂移，在晚白垩世时期到达热带-亚热带区域（30 S–30 N），最终在新生代早期与欧亚大陆碰撞，这个过程直接影响了全球古地理、古洋流、古生态和古气候。科学家将印度大陆北缘消失的岩石圈称为“大印度”。利用构造变形定量恢复的“大印度”比基于板块回路重建的“大印度”要小很多，存在大于2000公里的缩短。“大印度”的大小不仅是了解该缩短的关键，而且对于理解大陆深俯冲、板内变形、印度板块加速减速驱动机制、印度-亚洲大陆碰撞等板块构造重大科学问题至关重要。虽然已有古地磁、板块回路重建、地震、地形和构造变形定量恢复等地球物理学方法，但对于大印度北缘的限定依然存在较大争议。近期，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李鑫，与日本东北大学准教授铃木纪毅（Noritoshi Suzuki）、中国地质大学（北京）王成善院士团队孟俊教授、日本新泻大学松岗笃（Matsuoka Atsushi）和瑞士洛桑大学Peter O. Baumgartner合作，对于西藏南部、意大利北部和澳大利亚西北缘的早白垩世放射虫动物群进行了综合的对比研究。研究明确了早白垩世南半球中高纬度冷水动物群在西藏南部的分布和受控机制，并且从生物古地理方面为长期存在争议的“大印度”的大小问题提供了证据。研究成果发表于国际知名期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）。科研人员在西藏南部特提斯喜马拉雅北亚带经典剖面—江孜地区床得剖面中，识别出有别于特提斯海域的南半球中高纬度放射虫动物群，明确了其时代为早白垩世。在此基础上，研究还采集了西藏仲巴和康马地区所代表的印度大陆北缘海域、意大利所代表的西特提斯暖水域和Argo深海盆地所代表的南半球中高纬度冷水域中的早白垩世（贝里阿斯期至阿普特期）放射虫化石。通过Hayashi数量化理论III数值分析法，研究人员发现：（1）Argo深海盆地和藏南部分地区出现的早白垩世南半球中高纬度放射虫化石是由于印度大陆从东冈瓦纳大陆裂解，南极地区的冷水向北涌入；（2）江孜地区在1.3亿年前后，放射虫动物群由特提斯暖水种为主转变为南半球中高纬度冷水种为主，指示在古地理上比Argo深海盆地大洋钻探765钻孔位置更靠北；（3）同时期康马地区与Argo深海盆地大洋钻探765钻孔的放射虫动物群高度相似，为南半球中高纬度冷水种为主，指示相似的古地理位置；（4）仲巴地区在早白垩世时期一直以特提斯暖水种为主，证实了在印度大陆经历逆时针旋转之前，早白垩世早期其北缘西部（仲巴）比东部（江孜）纬度更低。综合以上，研究人员推测早白垩初期“大印度”的最北缘可到达澳大利亚西北部近海埃克斯茅斯高原765钻孔更北部，南北宽大于2400公里。该研究得到国家自然科学基金基础科学中心项目、科技部第二次青藏科考、深时数字地球国际大科学计划、中国科学院战略先导专项和国际大洋钻探高知岩心库的联合资助。论文相关信息：Li, X. *, Suzuki, N., Meng, J. *, Matsuoka, A., Baumgartner, P.O., Wang, C.S., 2023. Constraints on the expanse of Greater India in the Early Cretaceous from radiolarians. Earth and Planetary Science Letters, 622, 118413. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118413.本研究放射虫化石采样点分布及藏南地质简图放射虫化石野外露头和岩心照片基于Hayashi数量化理论III数值分析法分析的早白垩世放射虫动物群和样品散点图，左侧为贝利阿斯期至欧特里夫期，右侧为巴雷姆期至阿普特期基于放射虫动物群的早白垩世古地理重建图172023-10 -
5.35亿年前的微体化石揭示了已知最早的环神经动物的肌肉系统的演化科研人员通过对陕南约5.35亿年前磷酸盐化特异保存化石的研究，发现其中一种类似“五环”的结构可能是环神经动物的翻吻部位肌肉组织，为环神经动物肌肉系统演化的研究提供了重要信息。研究论文于2023年10月11日在《英国皇家学会学报B–生物科学》（Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences）在线发表。环神经动物是节肢动物的近亲，现生类群包括铁线虫、蛔虫、鳃曳虫等。很多环神经动物有可外翻的吻部，因此又叫翻吻动物。科研人员通过对陕南约5.35亿年前磷酸盐化特异保存化石的研究，发现其中一种类似“五环”的结构可能是环神经动物的翻吻部位肌肉组织，为环神经动物肌肉系统演化的研究提供了重要信息。研究论文于2023年10月11日在《英国皇家学会学报B–生物科学》（Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences）在线发表。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所、美国弗吉尼亚理工大学、瑞典隆德大学、自然资源部第一海洋研究所和德国的科学家组成的国际联合研究团队共同完成。两侧对称动物可分为蜕皮动物、冠轮动物和后口动物。蜕皮动物是其中物种多样性最高的一支，包括泛节肢动物和环神经动物。分子生物学研究表明，蜕皮动物可能在埃迪卡拉纪就已经出现了，但蜕皮动物实体化石首次出现在约5.35亿年前的寒武纪幸运期早期。虽然幸运期早期蜕皮动物实体化石已经有较高的丰度和多样性，但是它们仅保存了表皮相关的结构，而它们的内部软组织，如肌肉和神经组织，却未有过报道，限制了对该时期蜕皮动物内部软躯体的功能形态学和演化意义的认识。本次研究一共报道了3枚标本，均为毫米大小。其中1枚（NIGP179459）保存较好，呈现“五环”状结构，从顶到底由5个直径逐渐增大的环组成。第1环和第2环同圆心且共平面，它们之间有明显的空隙。第2到第5环紧密贴合，形成圆台状结构。第1环与第3环之间通过19条辐射状结构连接，第3环和第5环之间有36条纵向结构连接。躯体末端具有辐射对称结构的生物只有环神经动物，而其它两侧对称动物的末端的纵肌多为两侧对称排列。研究认为，本次研究的标本与环神经动物大类中的鳃曳动物翻吻内部的肌肉系统有较好的可比性。应用鳃曳动物作为对比模型，标本可对比于翻吻内部肌肉系统。第2到第5环对应4条体壁环肌，36条纵向结构对应36条辐射对称的体壁纵肌，环肌和纵肌共同构成翻吻体壁的肌肉纤维网。本次发现的类似鳃曳动物标本在生活的时候，翻吻内部的肌肉系统有可能控制翻吻的内翻，从而协助运动和摄食。较短的翻吻收缩肌表明翻吻可能只有有限的内翻能力，而现生的鳃曳动物具有较长的翻吻收缩肌，所以翻吻能完全内翻。本研究首次报道了已知最早的环神经动物的肌肉系统，并首次利用内部软躯体信息限定了该环神经动物的亲缘关系，揭示了早期动物肌肉系统的演化，彰显了肌肉系统的重要演化意义。研究表明，类似于鳃曳动物的翻吻肌肉系统在寒武纪底界处已知最早的环神经动物中即已出现。论文信息：Huaqiao Zhang*, Shuhai Xiao*, Mats E. Eriksson, Baichuan Duan, Andreas Maas, 2023. Musculature of an early Cambrian cycloneuralian animal. Proceedings of the Royal Society B (Biological Sciences), 290: 20231803, https://doi.org/10.1098/rspb.2023.1803.图1 标本NIGP179459扫描电镜照片（张华侨供图）图2 标本NIGP179459复原图（杨定华绘）图3 具吻刺动物肌肉系统示意图（杨定华绘）。a和b是标本NIGP179459代表的具吻刺动物翻吻假想图；c是鳃曳动物成虫；d是鳃曳动物幼虫；e是兜甲动物成虫；f是动吻动物成虫。图4 标本代表的环神经动物的亲缘关系（张华侨供图）。NIGP179459为具吻刺动物全群。112023-10 -
1500万年前热带季雨林中绽放的银缕梅本次在漳浦琥珀中发现的银缕梅花朵内含物是全球首例银缕梅花朵化石记录，保存完好，为银缕梅曾生长在中中新世热带季雨林中提供了明确的化石证据，也为探讨银缕梅这一植物活化石的兴衰变迁历程提供了新的研究材料。银缕梅（Parrotiasubaequalis）是我国著名的被子植物活化石，隶属于金缕梅科银缕梅属。目前银缕梅属仅存两个现生种，都是落叶小乔木，间断分布于我国东部和伊朗北部。银缕梅是我国特有的国家 级濒危珍稀野生植物，也是我国首批认定的重点保护极小种群野生植物，零散分布于我国东部江苏宜兴、安徽大别山等地的亚热带常绿和落叶阔叶混交林中。银缕梅和伊朗的另一个种波斯铁木（Parrotiapersica）由于具有独特的无瓣花，早春盛开时，花药鲜红（图1），而秋叶斑斓多彩，具有极高的观赏价值，是著名的园林景观树种。近期，中国科学院南京地质古生物研究所的吴谐婷在研究员史恭乐和舒军武的指导下，对保存在约1500万年前中中新世福建漳浦琥珀中的花朵内含物展开详细的研究。相关成果近期发表在《系统学与进化杂志》（Journal of Systematics and Evolution）。本次研究，团队在漳浦琥珀中发现了极其罕见的银缕梅属花朵（图2）。新化石是一朵保存完整的小型雄花，有一对突出的苞片，花瓣和萼片缺失，与现生银缕梅的雄花非常相似，二者共同点包括花瓣缺失，每朵花的雄蕊数量、细长花药的形态、附着方式和开裂模式。本次研究还将显微CT技术应用于植物化石研究，完好地复原了化石材料的立体形态结构和解剖结构（图3），为化石的鉴定提供了关键信息。经过详细对比，琥珀中的花朵被命名为一新种——志炎银缕梅Parrotiazhiyaniisp.nov.，以致敬周志炎院士对中国古植物学研究的卓越贡献。现生银缕梅主要生长在东亚亚热带季风区的常绿和落叶阔叶混交林中，但志炎银缕梅却生长在中中新世热带季雨林中。研究团队通过对其它含有银缕梅化石的古植物群进行统计分析。结果表明，与现代局限、零散的分布形成鲜明对比，中新世银缕梅属曾广泛分布于亚洲和欧洲，并且多生长在暖温带至亚热带常绿落叶阔叶混交林和温带落叶阔叶林中。志炎银缕梅在漳浦中中新世热带季雨林中的发现表明该属在中新世达到了生态多样性顶峰。此外，本次在漳浦琥珀中发现的银缕梅花朵内含物是全球首例银缕梅花朵化石记录，保存完好，为银缕梅曾生长在中中新世热带季雨林中提供了明确的化石证据，也为探讨银缕梅这一植物活化石的兴衰变迁历程提供了新的研究材料。研究得到了中国科学院战略先导专项（B）、中国科学院青促会和德国自然研究基金联合资助。论文相关信息：Wu Xie-Ting, Shu Jun-Wu, Yin Su-Xin, SadowskiEva‐Maria, & Shi Gong-Le,.Parrotia flower blooming in Miocene rainforest. Journal of Systematics and Evolution (in press). https://doi.org/10.1111/jse.13001.图1 绽放的银缕梅（梁贻碩拍摄于南京中山植物园）图2 漳浦琥珀中的志炎银缕梅雄花（比例尺1mm）图3 志炎银缕梅显微CT数据三维重建（比例尺1mm） 鎮ㄤ娇鐢ㄧ殑娴忚鍣ㄤ笉鏀寔鎴栨病鏈夊惎鐢 avascript, 璇峰惎鐢 avascript鍚庡啀璁块棶! [video:1500万年前热带季雨林中绽放的银缕梅]222023-09 -
华南奥陶-志留纪过渡期特异埋藏海绵动物群研究新进展近期，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队副研究员李丽霞等对北贡特异埋藏海绵动物群中具有重要演化意义的分类单元进行了详细研究。在北贡海绵动物群，首次发现并报道了斑皮海绵类（六射海绵）和软海绵类（普通海绵）化石，并深入探讨其生物、生态及宏演化方面的意义。发现于安徽泾县的北贡海绵动物群是全球首例奥陶纪—志留纪过渡期特异埋藏海绵动物群，动物群中包含种类多样的海绵化石，丰度和分异度都非常高，而且保存有完整的海绵骨架。北贡海绵动物群发现于寒武纪至泥盆纪之间这一海绵演化的关键转折时段内，从整体面貌上来看，既包含有与寒武纪海绵特征相似的种类，也发现有与现生海绵十分相近的属种，呈现出过渡类群的特征。因此，对于这一动物群的深入研究对于解析显生宙海绵动物的系统演化有着极为重要的作用。近期，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队副研究员李丽霞等对北贡特异埋藏海绵动物群中具有重要演化意义的分类单元进行了详细研究。在北贡海绵动物群，首次发现并报道了斑皮海绵类（六射海绵）和软海绵类（普通海绵）化石，并深入探讨其生物、生态及宏演化方面的意义。相关研究成果先后发表于国际刊物《历史生物学》（Historical Biology）及《爱沙尼亚地球科学杂志》（Estonian Journal of Earth Sciences）上。奥陶纪斑皮海绵类的新发现及其宏演化意义斑皮海绵（stiodermatids）是一类具有坚硬表皮的六射海绵，目前包含有13个属。最早发现于寒武纪，大量的属种集中在石炭纪、二叠纪，二叠纪之后灭绝。长期以来，由于在奥陶纪没有相关化石记录，这一类群被质疑在该时期是否存在演化间断。本次研究发现的斑皮海绵类（Turgidaspongia porosa gen. et sp. nov）有力地证明了这一大类在奥陶纪时期并不存在演化间断，填补了该时期斑皮海绵类化石记录的空白。同时，以这些材料为基础，对斑皮海绵科进行了系统厘定，将该科内13属厘定至5属，解决了此前由于以孤立骨针为模式标本所建立的属种引起的大量同物异名问题。此外，标本特殊的保存状态可能记录了因季节性发育或营养缺乏等原因导致的皮层骨针脱落进程。其独特的坚硬骨骼及异常大的表面进水孔可能反映了六射海绵的骨骼在古生代进行了一种新的演化尝试。距今最早的布巴里海绵化石的首次发现及其意义布巴里海绵（bubarids）是现代海洋中较为常见的一类普通海绵，广泛分布于全球深水生态系统中，最深可达1300米。目前，这一类群被归入软海绵目中，海绵体以薄壳状基部及独特的双层骨针结构为主要特征。布巴里海绵共包含有4个属，均为现生海绵，尚未发现相关化石记录；因而，这一类群的起源时间及演化进程尚不明确。本研究报道了奥陶纪—志留纪过渡期的布巴里海绵化石，标本具有典型的基部骨针层和垂直骨针层构成的双层骨架结构及壳状基部，明确地指示了其与布巴里海绵具有亲缘关系。标本中保存完整的海绵体骨骼为精确地确定其分类位置提供了可能，据此以半球羽海绵（Ptilospongia hemisphaeroidalis gen. et sp. nov）为模式种，建立了羽海绵属（Ptilospongia）。羽海绵化石的发现代表了布巴里海绵类目前最早且唯一的化石记录，为探明该类海绵的系统演化提供了非常重要的材料，同时也将为其系统发育及分子古生物学研究提供非常重要的校准点。在北贡海绵动物群中，还有很多属种与斑皮海绵及布巴里海绵一样，代表着海绵动物演化过程中众多缺失的环节。因此针对这些类群的深入研究，将为探索海绵动物的起源和演化提供了一个非常重要的窗口。该研究得到国家自然科学基金委和中国科学院战略先导专项（B）的联合资助。相关论文信息：Lixia Li, Joachim Reitner, Fangyi Gong, Guanzhou Yan, Rongchang Wu. 2023. A new stiodermatid (Hexactinellida, Porifera) from the latest Ordovician of Anhui, South China and its significance for searching the missing link between the Cambrian and late Palaeozoic stiodermatid lineage, Historical Biology, 35(1):116-126.https://doi.org/10.1080/08912963.2021.2024180.Lixia Li, Joachim Reitner. 2023. A remarkable new halichondrid demosponge, Ptilospongia hemisphaeroidalis, from the latest Ordovician Beigong Biota, South China. Estonian Journal of Earth Sciences, 72(1), 50–53.https://doi.org/10.3176/earth.2023.76.多孔膨胀海绵（Turgidaspongia porosa gen. et sp. nov）标本照片多孔膨胀海绵（Turgidaspongia porosa gen. et sp. nov）复原图（杨定华绘制）半球羽海绵（Ptilospongia hemisphaeroidalis gen. et sp. nov.）标本照片212023-09 -
象甲总科系统演化研究取得新进展近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳等人，通过对前人发表的象甲总科数据集进行重新系统发育分析，构建了可靠的象甲总科各科间的系统发生骨架树，解决了现生象甲总科各个科之间的演化关系。象甲总科是一类非常繁盛的昆虫，已描述超过6万个物种，是当今自然界物种多样性最高的类群之一。近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳等人，通过对前人发表的象甲总科数据集进行重新系统发育分析，构建了可靠的象甲总科各科间的系统发生骨架树，解决了现生象甲总科各个科之间的演化关系，相关成果于9月20日发表于国际期刊《生物学快报》（Biology Letters）。绝大部分象甲头部有一向前延伸的喙，形似象鼻，象甲之名由此而来。现生象甲总科共分为8个科，分别为Cimberididae、毛象科Nemonychidae、长角象科Anthribidae、矛象科Belidae、卷象科Attelabidae、Caridae、三锥象科Brentidae和象甲科Curculionidae。象甲总科内各科之间的演化关系已得到较好解析，其中卷象科、Caridae、三锥象科和象甲科构成一个单系群（ACBC进化枝），而Cimberididae、毛象科与长角象科则位于总科内较基部的位置，然而矛象科的位置尚存在一定争议。大多数基于形态与分子数据的研究一般认为矛象科是ACBC进化枝的姐妹群。但最近一项基于锚定杂交富集（Anchored Hybrid Enrichment）数据的系统发育基因组学研究认为矛象科是毛象科与长角象科的姐妹群。近年来，蔡晨阳团队致力于昆虫分子系统学和谱系年代学研究。团队采用创新的分子数据管理手段和更为贴合的分子进化模型构建了多个重要昆虫类群的系统发生树和演化时间树，如解决了跳蚤的系统位置、构建了竹节虫目的演化时间框架等。此前团队还利用组学数据集和位点异质模型构建了超大的甲虫分子系统树，结合新筛选的一套化石校准点，构建了更精准的甲虫演化时间框架，进而证明了基于分子的系统发育关系和经典形态学证据是吻合的，确立了鞘翅目分类新系统，并认为甲虫多样性形成并不能简单地归因于与被子植物共演化（Cai et al. 2022）。论文发表后，受到学界广泛关注和引用，并入选ESI高被引论文、热点论文。近日，布里斯托大学博士研究生李言达在蔡晨阳的指导下，与美国自然历史博物馆及布里斯托大学同行合作，对前人发表的象甲总科锚定杂交富集数据集进行了重新系统发育分析。研究对比了不同数据过滤方法（去除比对错误的基因座、去除饱和位点）、不同进化模型（位点同质模型、位点异质模型）和不同建树策略（超大矩阵法、溯祖法）对构建系统发生拓扑结构的影响，解决了现生象甲总科各个科之间的演化关系。数据显示，当采取适当的数据过滤方法去除序列比对错误的基因座，或采取更贴合的位点异质性模型CAT-GTR，或使用溯祖法对前人数据进行分析时，矛象科总是被解析为ACBC进化枝的姐妹群。这一结果与基于形态学证据的系统发生关系是完全吻合的，例如矛象科与ACBC进化枝的成虫唇基上唇缝退化，幼虫额唇基缝退化，且成虫和幼虫上颚均不具臼齿等。本研究构建了可靠的象甲总科各科间的系统发生骨架树，确立了矛象科的系统位置，并进一步强调了对系统发育基因组学研究中的大数据进行适当的前处理，以及位点异质性模型在昆虫系统发育基因组学研究中的重要意义。研究得到国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项和国家留学基金资助。论文相关信息：Li, Y.-D., Engel, M.S., Tihelka, E. & Cai, C.* (2023) Phylogenomics of weevils revisited: data curation and modelling compositional heterogeneity. Biology Letters, 19, 20230307. https://doi.org/10.1098/rsbl.2023.0307.Cai, C., Tihelka, E., Giacomelli, M., Lawrence, J.F., Slipi ski, A., Kundrata, R., Yamamoto, S., Thayer, M.K., Newton, A.F., Leschen, R.A.B., Gimmel, M.L., L , L., Engel, M.S., Bouchard, P., Huang, D., Pisani, D. & Donoghue, P.C.J. (2022) Integrated phylogenomics and fossil data illuminate the evolution of beetles. Royal Society Open Science, 9, 211771. https://doi.org/10.1098/rsos.211771. (Google引用115次，ESI高被引论文、热点论文)图1. 基于锚定杂交富集数据的象甲总科各科间的系统发生骨架树，确立了矛象科的系统位置图2. 不同进化模型和数据集生成的拓扑结构比较（拓扑结构D代表可靠的象甲总科内部演化关系）202023-09 -
福建漳浦发现中新世木乃伊化橄榄果核近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生尹素心在研究员史恭乐指导下，研究了东南沿海福建漳浦中中新世佛昙群发现的大量三维立体、木乃伊化保存的橄榄果核（图1）。研究成果近期发表于《远古世界》（Palaeoworld）。橄榄又名青榄、青果，是我国南方特有的一种水果。橄榄树在我国也有着悠久的栽培历史，古文献记载，汉代时橄榄树就已经被普遍种植。不同于压榨橄榄油所用的木犀科木犀榄属的油橄榄树，我国南方的橄榄树属于橄榄科橄榄属。橄榄树可作为行道树，木材可用于制作家具。橄榄果实作为人类的食物有着悠久的历史，最早甚至可以追溯到中石器时代。果实营养丰富，可食用，也可入药。橄榄果核是传统工艺微雕的材料之一，橄榄核雕又被称为榄雕。近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生尹素心在研究员史恭乐指导下，研究了东南沿海福建漳浦中中新世佛昙群发现的大量三维立体、木乃伊化保存的橄榄果核（图1）。研究成果近期发表于《远古世界》（Palaeoworld）。研究团队利用显微CT（图2）和扫描电子显微镜技术详细研究了这些化石材料。通过形态对比发现漳浦中中新世的橄榄果核不同于目前橄榄属的所有现生种和化石种，因此将其命名为一新种——浩敏橄榄Canarium haominiae sp. nov.。该种名用以纪念已故的李浩敏老师对我国新生代古植物研究的贡献。橄榄科是现代亚洲热带雨林和季雨林的优势类群之一。橄榄果核化石的发现进一步证实了漳浦生物群是一个中中新世热带季雨林生态系统，同时也表明了橄榄属自中中新世以来可能一直都是亚洲热带森林的重要组分。研究得到了中国科学院战略先导专项（B）、国家自然科学基金和中国科学院青促会的联合资助。论文信息：Yin Su-Xin, Wu Xie-Ting, Wang Zi-Xi, Shi Gong-Le*, in press. First fossil record of Canarium (Burseraceae) from the middle Miocene of Fujian, Southeastern China and its paleoecological implications. Palaeoworld, https://doi.org/10.1016/j.palwor.2022.03.009.图1. 福建漳浦中中新世浩敏橄榄图2. 福建漳浦中中新世浩敏橄榄显微CT数据三维重建192023-09 -
叶脉特征和角质层结构揭示裸子植物化石系统学与演化新认识相关研究为更好理解古植物演化特征和生态适应性提供了重要线索，同时也突出了叶脉结构和角质层构造的对比研究在古植物学科发展中的重要性。相关成果发表在国际学术刊物《古植物与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）。
植物化石的叶脉特征和角质层结构在系统分类研究中发挥重要作用，也是属种鉴定的重要依据。然而由于植物化石常常保存不完整，导致诸多植物类群因极其相似的叶形或叶脉结构无法实现准确的类群划分。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士生许媛媛，在研究员王永栋及瑞典自然历史博物馆教授Stephen McLoughlin的共同指导下，对古生代和中生代常见的三个形态相似植物化石类群开展了叶脉结构及表皮特征的深入对比研究，为全面了解这些类群的系统分类和演化历史提供了新的认识。相关研究为更好理解古植物演化特征和生态适应性提供了重要线索，同时也突出了叶脉结构和角质层构造的对比研究在古植物学科发展中的重要性。相关成果发表在国际学术刊物《古植物与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）。
研究人员选取不同地史时期的三个特征分类群，包括：舌羊齿属（Glossopteris，二叠纪特征类群）、渔网叶属（Sagenopteris，中生代代表类群）和大网羽叶属（Anthrophyopsis，晚三叠世特征类群）开展比较研究。这三个属的叶片均具有典型的网状叶脉结构，叶形态也十分相似，化石如果为碎片或保存不佳时，常会导致属种难以区分或者鉴定错乱。
之前的研究认为，舌羊齿类、开通目（渔网叶属）和本内苏铁目（大网羽叶属）在系统发育分析结果中位置相近，且均与早期被子植物密切相关。它们所具备的典型网状叶脉结构最早可以追溯到约三亿年前的宾夕法尼亚期（图1）。
研究人员使用植物叶片的叶脉交叉类型和气孔特征，对舌羊齿、渔网叶和大网羽叶三个属的叶脉模式和气孔结构开展标准化的描述和对比（图2）。通过叶片宏观和微观形态的重新分析，揭示出它们之间存在的重要差异，这非常有助于区分化石类群，尤其对那些保存不完整的标本十分有效。
通过进一步的研究表明，它们的叶脉连结方式独特且角质层显示出不同的气孔发育特征，即舌羊齿具有周缘型和单环型气孔组合；渔网叶属具有短而消散的中脉和不规则型气孔，副卫细胞不显著；而大网羽叶属叶片具有独特的叶脉交叉联结方式以及与本内苏铁植物一致的平列型气孔（图3）。
尽管许多的植物类群在形态上表现出极大的相似性，但它们在进化历史上的位置可能并不相关。相似的植物叶脉结构更可能是趋同演化的结果，难以作为不同类群之间亲缘关系远近的佐证。与舌羊齿属、渔网叶属和大网羽叶属十分相似的网状叶脉植物，也在许多其他类群中独立出现，这种特征也可以表现出生态或生理上及演化方面的趋同性。据此对此前部分学者提出的舌羊齿类、开通目和本内苏铁目亲缘关系密切的观点提出新的看法。
本研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略先导B类项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室基础和自主项目、瑞典研究理事会和国家留学基金委联合资助。
论文相关信息：Yuanyuan Xu, Yongdong Wang*, Stephen McLoughlin*, 2023.How similar are the venation and cuticular characters of Glossopteris, Sagenopteris and Anthrophyopsis. Review of Palaeobotany and Palynology, 316, 104934. . https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2023.104934.
图1. 地质历史时期几种代表性网状脉植物类群的时代分布.
图2. 舌羊齿属（A–D）、渔网叶属（E–G）和大网羽叶属（H–J）的叶片形态和网状脉连接特征.
Scale bars for A, C, E, G, H–J = 10 mm, for B, D, F = 5mm.
图3. 舌羊齿属（A–G）、渔网叶属（H–J）和大网羽叶属（K–P）角质层微细构造特征.
Scale bars for A–D, N = 100 μm, for E–G = 10 μm, for H = 100 μm, for I = 300 μm, for J, K–L = 50 μm, for J, M, O = 30 μm, P = 20 μm.142023-09 -
晚古生代大冰期碱湖烃源岩多阶段接力生油机制取得新认识科研人员以晚古生代大冰期准噶尔盆地发育的碱湖烃源岩是否具有多阶段生油模式为科学问题，通过高分辨率傅里叶变换回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术从杂环化合物角度开展研究。相关研究成果发表于《有机地球化学》（Organic Geochemistry）期刊上。
晚古生代大冰期全球发育多套富有机质沉积，是重要的碳汇，记录了生物-环境协同演化、碳循环与油气资源形成，是当前地球系统科学研究和石油地质学交叉前沿研究的一个重要方向。
准噶尔盆地二叠系发育全球迄今发现最古老的碱湖烃源岩，是重要的科学研究对象。最近，中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员张景坤，南京大学教授曹剑，以及中国石油新疆油田公司等同行合作，以晚古生代大冰期准噶尔盆地发育的碱湖烃源岩是否具有多阶段生油模式为科学问题，通过高分辨率傅里叶变换回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术从杂环化合物角度开展研究。相关研究成果发表于《有机地球化学》（Organic Geochemistry）期刊上。
研究通过重建含氮杂环化合物结构演变过程，揭示了有机质热演化的分子指纹记录。受检测技术的限制，分子量偏大的杂环类化合物是油气地球化学研究的薄弱环节，科学意义未充分揭示。本项工作借助新兴的FT-ICR MS技术，在准噶尔盆地下二叠统风城组碱湖相的有机质中最多检出2541种杂环化合物，并主要以Ny和NyOx化合物为主。通过精细对比烃源岩与原油中的含氮化合物组成，基于无荧光叶绿素代谢物（NCCs）演化模型，重建了烃源岩有机质经热裂解、脱氧与再聚合等作用最终转化为Ny和NyOx化合物的分子演化过程（图1），进而揭示了有机质热演化的重要分子指纹记录。
本次研究通过解析含氮杂环化合物结构，建立了响应有机质演化的地球化学新参数。基于含氮杂环化合物的核部与烷基化支链结构组成特征，研究建立了表征核部聚合程度的聚合指数[聚合度P1 = (18 DBE+15 DBE )/12 DBE_N1；DBE (不饱和度) = Double Bond Equivalent]和表征支链烷基化程度的参数[烷基化指数R1= RC6-35/RC0-5；R代表支链，短链=RC0-5、中链=RC6-14和长链=RC15-35]。通过与传统的成熟度指标Ro、TMNr和T/H对比，发现R1与P1是能响应有机质热演化的有效地球化学参数。
研究还提出了碱性咸化湖相烃源岩“两段式”接力生油机制。基于生物-环境协同演化的地球系统科学思维，将本次工作建立的有机质热演化表征参数与环境参数（古盐度指标β/nCmax等）对比分析，发现高盐(pH)环境抑制含氮杂原子聚合特征明显，尤其是在成熟—高熟阶段，有机质烷基化指数高，指示异常生油潜力。进一步结合咸化湖盆形成过程中成烃生物的差异，发现具有“两段式”接力生油特征：早期蓝细菌生成“成熟油峰”，晚期杜氏藻生成“高熟油”峰（图2）。
本项工作的核心发现在于提出高盐度(pH)环境通过抑制碱湖相有机质大分子聚合从而延长生油窗，结合成烃生物的演化，形成“双峰接力生油”，丰富了陆相生油新的端元类型，发展了咸化湖盆生烃模式，启示深层高演化勘探需要重视原油，依传统模式评估的天然气潜力可能需要重新审视。准噶尔盆地二叠系碱湖烃源岩是晚古生代大冰期生物-环境协同演化与油气资源效应的典型范例。
此次研究得到国家自然科学基金重点项目和青年科学基金项目的联合资助。
论文相关信息：Zhang, J.K., Cao, J., Xiang, B.L., Zhou, N., Ma, W.Y., He, D., 2023. Constraining multi-stage and protracted oil generation of alkaline lacustrine source rocks by heteroatomic compounds. Organic Geochemistry 184, 104668. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2023.104668.
图1 碱湖有机质含氮化合物分子结构演化路径重建图
图2 碱性咸化湖盆烃源岩有机质多阶段生油模式图（碳链断裂为示意性）112023-09 -
研究揭示拉伸纪具开口的圆盘状化石为藻类固着器科研人员在安徽淮南地区的九里桥组（~950–720 Ma）泥质灰岩中，获得了丰富的以碳质压膜形式保存的、以管状化石与圆盘状化石为主的宏体化石。在“蠕虫状”化石的产出层位发现了大量圆盘状化石，推测是Protoarenicola单独保存的固着器。
圆盘状和管状化石是元古宙常见的化石类型。由于其形态较为简单，圆盘状化石的亲缘关系和个体发育多处于未知状态。此前的研究显示，一些埃迪卡拉纪具代表性的圆盘状化石，如Hiemalora、Aspidella、Spriggia和Ediacaria，是同层位的底栖埃迪卡拉型宏体化石的离散固着器结构。在成冰纪之前的地层中，同样记录着圆盘状化石与具固着器的管状藻类化石的同层位保存，并且圆盘状化石与固着器之间具有一定的形态相似性，比如它们的中间区域都具有圆心开口等。因此，这种具开口的圆盘状化石也有可能是离散保存的固着器结构，然而这种可能性尚未得到严格的检验。
我国华北地台胶辽徐淮地区的拉伸纪地层保存了大量的宏体化石，为我们检验上述假说提供了较多的材料。近年来，来自中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的李光金博士、研究员庞科等人，与南京大学、山东科技大学的科研人员合作，在安徽淮南地区的九里桥组（~950–720 Ma）泥质灰岩中，获得了丰富的以碳质压膜形式保存的、以管状化石与圆盘状化石为主的宏体化石。相关成果近日发表在国际地学SCI期刊《古地理、古气候、古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。
其中，管状化石除常见的Tawuia（塔乌藻）之外，有一类被前人描述为形似“蠕虫”的化石，包括Protoarenicola、Pararenicola以及Sinosabellidites，以发育特征性横纹的管体为主。三类化石的主要区别在于Protoarenicola在管体近端连接着一个圆盘状结构；Pararenicola的管体近端具有一个圆心开口；而Sinosabellidites的管体两端均为封闭状态。在早期的研究中这些“蠕虫状”化石曾被解释为后生动物化石，但在后期研究中人们认为其更有可能是多核体藻类（因此本文将三个属名分别译为：原沙蠋藻Protoarenicola、似沙蠋藻Pararenicola、中华皱节虫藻Sinosabellidites）。“蠕虫状”化石Protoarenicola的圆盘状结构则被解释成固着器，用于将管状藻体吸附于基底，从而营底栖生活。
科研人员在“蠕虫状”化石的产出层位发现了大量圆盘状化石。部分圆盘状化石被鉴定为元古宙常见的Chuaria（丘尔藻），还有一部分圆盘状化石，因其与Protoarenicola的固着器在形态和大小上均较为相似，研究人员推测是Protoarenicola单独保存的固着器。为检验这一假设，研究人员还开展了详细的形态学、生物统计学和拉曼光谱研究。
新发现的圆盘状化石以中心位置具有圆形开口为主要特征，开口直径通常小于化石直径的一半；开口边缘保存较多的有机质，而开口内部有机质则相对较少（图1A-F）。研究人员通过对大量标本的测量，结果显示圆盘状化石的直径分布与同层位产出的Chuaria（图1G，H）具有显著差异性，而与Protoarenicola固着器的直径具有相似的分布特征(图2)。更有趣的是，部分同层位产出的Protoarenicola固着器中心也具有开口的特征，且开口边缘可见较多的有机质，内部有机质则相对较少（图3A-M）。测量显示，圆盘状化石中心开口的直径与Protoarenicola固着器的中心开口的直径同样具有相似的分布特征（图2）。
通过拉曼光谱分析，研究显示圆盘状化石与Chuaria的化学空间（chemospace）无重叠，而与Protoarenicola的固着器具有较大的化学空间重叠（图4）。因此，圆盘状化石被解释为Protoarenicola离散保存的固着器。此外，圆盘状化石的开口直径与不具固着器的Pararenicola藻体近端开口的直径（图3N-P）也具有相似的分布特征（图2），且拉曼化学空间也具有较大重叠区域（图4），暗示圆盘状化石与Pararenicola可能分别为Protoarenicola状藻类的固着器与管状体。
固着器联结（holdfast coalescence）是在现生底栖藻类中常见的一种现象，即两个或多个藻类个体（或孢子）实现物理接触与融合，随后便共同生长。固着器联结有助于增强藻类锚定基底的能力、加快藻类生长速度和增加藻类繁殖的成功率。淮南地区九里桥组发育多套内碎屑灰岩层和多种沉积构造，如波痕、斜层理以及被截断的叠层石，表明九里桥组沉积环境为中等强度的水动力条件，偶尔受到高强度水动力条件的影响。由于较强的水动力条件会增加藻类被连根拔起的危险，可能促使了圆盘状化石之间（被解释为离散的固着器，图1I-N）以及Protoarenicola固着器之间发生联结作用（图3K-M）。
研究通过查阅相关文献，发现固着器联结的现象在其他拉伸纪地层产出的底栖藻类中也确实存在，包括金山寨组（~820–720 Ma）和Hulkal组（~900–800 Ma）的Protoarenicola标本、Snail Spring组（~990–775 Ma）的Longfengshania标本；从而研究推测固着器联结可能已经成为拉伸纪底栖藻类为应对较强的水动力环境而普遍采用的策略。
具开口的圆盘状化石在中元古代-拉伸纪地层Semri群、龙山组（骆驼岭组）、Bhander 群也有发现。如果九里桥组具开口圆盘状化石的解释能够适用于上述标本，那么底栖藻类出现的时间至少可追溯至中元古代早期。底栖藻类在成冰纪之前的海洋生态系统和生物地球化学循环中发挥的作用就很可能被低估了。从中元古代至拉伸纪，具开口的圆盘状化石产地逐渐增多，但其整体形态并未发生大的变化，直到埃迪卡拉纪才出现更多类型的藻类固着器，这种长期的形态停滞可能与成冰纪之前表面具微生物席、缺少生物扰动的基底特征有关。
本研究得到科技部国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金、中国科学院、现代古生物学和地层学国家重点实验室、中科院青促会、中国博士后科学基金、“深时数字地球”国际大科学计划等联合资助。
论文相关信息：Li, G., Pang, K.*, Tang, Q., Chen, L., Wu, C., Huang, R., Wan, B., Yuan, X., Zhou, C. 2023. Tonian discoidal fossils from North China: Relating discs to worm-like annulated tubes and their paleoecological and evolutionary implications. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 628: 111780. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2023.111780.
图1 具开口的圆盘状化石(A-F, I-N)和Chuaria化石(G, H)
图2 具开口圆盘状化石、Chuaria和Protoarenicola固着器直径的分布特征(左)；圆形开口的直径分布图(右)
图3 Protoarenicola(A-M)和Pararenicola(N-P)
图4 拉曼光谱揭示的化学空间分布图042023-09 -
自主研发X射线荧光分析仪在贵州龙埋藏学研究中的应用南京古生物所改进了目前国际上最先进的大幅面材料表面化学元素扫描设备（如德国Bruke的X射线荧光分析仪M6）存在的缺陷，研制了可以分析不规则、立体化石表面的化学元素分布的X射线荧光无损分析仪，部分创新技术已经在两个发明专利中公开。
我们在博物馆等场所看到的古生物复原模型通常是根据其骨骼化石与现代生物对比而创作的，充满了人们对力量的渴望以及对健美的想象。然而，由于肌肉和内脏等软体在生物死亡后通常会很快腐烂，无法在地层中保存下来，因此仅通过硬体化石很难复原生物的真实外形。譬如，活跃在2亿多年前的贵州龙，它们的身材是有强健肌肉还是一身肥膘？样貌是像胸前有个大气囊的蜥蜴，抑或是有个大肚子的鳄鱼？
生物死亡后埋藏在沉积物（如泥沙）中，其肌肉、内脏在腐烂过程中会产生各种化学物质，如大量的有机酸、还原性物质、二氧化碳、硫化氢，甚至氨气等等，这些物质会跟周围的沉积物发生反应形成新的矿物或改变原有的组成，影响范围可能达到几厘米甚至更厚。这些新物质的颜色、结构与围岩基本一样，用肉眼和显微镜通常难以分辨。然而，这些改变了的沉积物却往往有不同于周围沉积物的化学元素背景，因此可以用化石及其围岩表面的化学元素分布，追寻这些新物质也就是生物软体的形状或轮廓的线索。
常见的表面化学元素分布测量仪器，如电子显微镜及能谱，只能分析毫米级以下尺寸样品。仅有的用来分析大型化石表面化学元素分布的仪器设备，则需要将化石打磨或切割成一个平面并放入真空系统中才能进行准确分析。因为分析条件需要保持固定的样品和X射线光源及检测器之间的距离，样品表面光洁，并排除周围的氧气和氮气。因此这种对样品的破坏性预处理，不能满足我们对珍稀化石标本进行无损研究的需要。
为解决上述问题，中国科学院南京地质古生物研究所王伟研究员课题组，基于多方面的创新设计，改进了目前国际上最先进的大幅面材料表面化学元素扫描设备（如德国Bruker的X射线荧光分析仪M6）存在的缺陷，研制了可以分析不规则、立体化石表面的化学元素分布的X射线荧光无损分析仪，部分创新技术已经在两个发明专利中公开。
该自主设计研制的最新设备的技术及原理创新点包括：1）根据化石表面的3D结构形态，确定每个测量点的X射线光源和检测器的空间位置，从而保证每个测量点都有一致的X射线光源到样品及样品到检测器之间的距离，而不需要对化石样品进行磨平破坏；2）用多通道旋转氦气柱在测量区域内形成几乎没有氧气和氮气等的测试环境，有效替代测量所需的真空条件；3）用激光束辅助光线测量化石等样品表面的粗糙度，并对检测到的X射线荧光进行校正，免去了需要对样品表面进行抛光的预处理要求；4）整个系统可简易拆装，方便在不同环境，甚至可以对野外不可移动样品开展无损检测；5）通过多图叠加，可以分析表面积更大的样品。
课题组利用此设备对一块贵州龙化石表面的钙和铁元素的分布规律进行了初步研究，发现：1）贵州龙前胸部相比较腹部，钙元素分布面积更广，指示其前胸部软体可能更加膨大；2）该贵州龙腐烂降解过程中，其内脏或腐烂产物更有可能从前胸溃烂口以及口腔处形成的通道流出；3）化石标本头部颞窝及附近位置出现元素分布异常，推测该位置可能存在人为修补的可能。
该设备除了可以用于研究具有不规则表面岩石、化石和文物等表面的化学元素的分布以外，还可以用于分析具有不规则表面的建筑、金属结构材料、野外场地等物质的元素分布。
作者在文中强调，随着“物联网”和“工业互联网”的广泛应用，满足古生物学家需求的专业设备的设计和开发正在变得简单。技术解决方案和工具设计将成为科学研究的一部分，并将为发现远古生命有关的更新、更有吸引力的证据提供更多的新工具。
该研究得到中国科学院和国家自然科学基金委员会的联合资助。
论文相关信息：Wang, W., Shu, L., & Wang, D. (2023). Soft body reconstruction of a reptile fossil by the nondestructive elemental mapping with a newly designed XRF. Island Arc, 32(1), e12495. https://doi.org/10.1111/iar.12495.
大数据集：Wei WANG, Ling SHU, Deqi WANG. 4887 measured points by XRF under the distance (X-ray source-sample-detector) calibrated [DS/OL]. V1. Science Data Bank, 2022. DOI:10.57760/sciencedb.06605.
两个相关的已授权发明专利：http://epub.cnipa.gov.cn/patent/CN111624218B；http://epub.cnipa.gov.cn/patent/CN111595883B.
图1 经过形态校正的化石表面钙元素分布图。
A为化石标本，B为化石的3D形状模型（红色-黄色等突出部分为凸起的骨骼），C为经形态校正的化石表面的钙元素分布（如躯体和颈部之间的大片区域的钙含量比周围高）
图2 研制的设备的原理框架图和原型机。
图3 化石标本上钙和铁的分布。
(a)和(c)中红色较深部位，可能是软躯体较厚的位置和腐烂产物的排出通道。其中(c)中显示，化石颅部的部分位置（如颞窝）的钙元素分布异常底（浅蓝色），说明岩石存在被人为后期修补的可能
图4 两种形态（a-c）和表面特征（d-e）的校正机理；克服了国际上最先进的设备需要将珍贵化石标本进行磨平抛光的破坏性分析方法的缺陷。
图5 设备启动封面界面和软件相应的功能键。042023-09
