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【科学网】寄生虫“鼻祖”，“不重要”的侏罗虫
拥有1.6亿年历史的化石里，奇奇怪怪，封印的究竟是狼牙棒还是马桶刷？很显然都不是，那么究竟是什么？科研人员为了给这块来自侏罗纪的化石正名，通过化石形态分析等研究，不仅找到了寄生虫“鼻祖”，填补了演化关键环节，更解决了棘头动物门的起源之谜，建立了从“自由生活的轮虫到外寄生的轮虫、再到内寄生的棘头虫”的生态演化路径。由中国科学院南京地质古生物研究所（简称南京古生物所）与国内外科学家合作完成的相关研究成果，4月9日发表于《自然》。执著成就“逆袭”界、门、纲、目、科、属、种，即使你已经把许多中学知识还给课本了，但对于生物的7个基本分类等级，大概还是熟悉的。其中，界是初步区分不同生命形式的最高分类等级，第二级就是门，反映了生物在进化中的主干分支。动物界包含30余个门级分类单元，它们共同构建了动物演化的基本框架。每个门的起源一直是学界研究重点。迄今为止，人类对极少数门级类群的起源，仍知之甚少。棘头动物门便是其中之一，虽然建立已有200余年，但起源问题一直未得到有效解答。文章第一作者、南京古生物所博士生罗慈航在通讯作者、研究员王博指导下，与其他学者合作，系统研究了产自内蒙古道虎沟（约1.6亿年前）的棘头虫化石。研究填补了棘头虫的演化空白，为解决棘头动物门的起源之谜提供了实证。不过，这枚化石在该所标本库等待了7年才开启“逆袭”之旅。谈及研究的缘起，王博向《中国科学报》表示：“实际上，我们在当地老乡处多次见到此类标本，但一直没有专门收集。7年前就收集进标本库这枚化石，我们当时鉴定为一类奇怪的蠕虫，但我们一直没有意识到此类化石的重大意义。”分析个中原因，王博认为由于中生代蠕虫化石年代较新，一般被认为缺乏门类起源等关键演化信息，长期以来被学界所忽视。此外，中生代蠕虫往往个体较小、身体结构趋同、分类特征不清，多属于疑难化石，其鉴定要求高、研究难度大。王博就曾将琥珀中的绦虫误认成棘头虫。这次预料之外的突破性发现，完全缘自罗慈航对科研的热爱。“罗慈航提前完成了博士论文的工作，没有了毕业压力，恰好他对寄生蠕虫很感兴趣，决定利用博士阶段的剩余时间开展一些尝试性的研究，获得了意外收获。”王博说。侏罗虫现形记棘头虫是一类海洋和陆地生态系统中常见的体内寄生蠕虫，能够感染人、猪、犬、猫、鱼等各类动物，是一类重要的医学寄生虫。其最典型的特征是，蠕虫状的外形和可外翻的吻突，吻突上有成排的倒钩，用于附着在宿主的消化道内。《科学》杂志还曾在1969年报道了棘头虫感染史前人类的案例。长期以来，棘头虫一直被认为是一个独立的门，即棘头动物门。由于棘头虫的身体构型高度特化，其系统分类位置一直存在很大争议。“此前，科研人员对棘头虫的起源和早期演化知之甚少。”王博介绍，作为一种体内寄生虫，棘头虫很难保存为化石，此前唯一的化石记录，是来自晚白垩世鳄形动物粪便中，4枚疑似的棘头虫卵。因此，中生代蠕虫化石一直是古生物学领域的“冷门”，迄今仅开展零星研究。本次新发现的棘头虫，由于来自著名的侏罗纪生物群内蒙古道虎沟，因此被命名为“道虎沟侏罗棘头虫”，简称“侏罗虫”。研究团队借助扫描电镜、能谱分析等方法，对其进行精细的解剖学研究发现，侏罗虫身体整体呈纺锤形，分成明显的三部分，即吻突、颈和躯干。侏罗虫的吻突具硬化的、略向下弯曲的刺。侏罗虫身体上有约32对仅延伸至身体一小部分的纵毛列，类似的结构也常见于现生棘头虫。侏罗虫的吻突中央保存了消化道，但躯干整体未发现明显的消化道，其身体末端还有一个类似现生棘头虫雄性交合伞的结构。侏罗虫最奇特的特征，是其位于躯干最前方的颚器。颚器整体向前方汇聚，且前部的颚较小，向后逐渐变大，齿的数量也更多。颚器中的齿整体都朝向身体前方，且所有的颚都不超过棘头虫的身体边界。类似的颚器在棘头虫可能的祖先——包含轮虫动物的有颚动物类中广泛存在。填补生态演化空白为进一步确定侏罗虫的演化位置，研究团队构建一个最新的、包含各类现生和化石蠕虫动物的形态数据矩阵，并开展系统发育分析。结果表明，侏罗虫的演化位置位于棘头虫的最根部，是棘头虫的基干类群。虽然近年的分子系统发育分析已经表明，棘头虫最有可能是轮形动物中一个特化的类群，但棘头虫在轮形动物内部的演化发育关系争议极大，学界基于不同的形态学证据和分子生物学证据提出了相互矛盾的数种不同的假说，几乎涵盖所有可能的排列组合。系统发育学分析表明，侏罗虫是尾盘纲轮虫向棘头虫演化的过渡类群，从而在形态学的矩阵分析中，获得了与分子生物学分析相近的结果，成功解决形态学研究与系统发育基因组学研究之间的分歧。本研究为探索棘头动物门的起源和早期演化提供重要的线索：侏罗虫展示了棘头动物先前未知的形态多样性和生态特性。其具钩的吻突和较大的体型表明，棘头虫在侏罗纪可能已经演化出了和蛔虫、绦虫一样，寄生在另一种生物体内的内寄生习性，也表明棘头虫可能起源自陆地环境，并在侏罗纪已经与其他轮虫分化。“中生代蠕虫化石并不是‘研究荒漠’，它们为我们了解蠕虫类形态和生态的演化，提供了不可或缺的证据。”王博表示，虽然分子生物学能够解决一些传统形态学研究难以解决的系统发育关系，但过渡类型的化石在探究动物身体构型革命性演化中，仍然扮演了非常重要的作用。审稿人也指出，该工作颠覆了学界对“中生代蠕虫不重要”的传统认识，为棘头虫起源研究提供了重要的古生物学见解。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08830-5侏罗虫化石（a）与侏罗虫复原图（b）及现生棘头虫（c）的对比图。复原图绘制：杨定华2025-04-10 -
【中国科学报】《自然》：王博团队利用侏罗纪化石形态分析揭示棘头动物门的起源动物界包含30余个门级分类单元，它们共同构建了动物演化的基本框架。每个门的起源一直是学界研究重点。迄今为止，人类对极少数门级类群的起源，仍知之甚少。棘头动物门便是其中之一，虽然建立已有200余年，但起源问题一直未得到有效解答。论文作者系统研究了产自内蒙古道虎沟（约1.6亿年前）的棘头虫化石。研究填补了棘头虫的演化空白，为解决棘头动物门的起源之谜提供了实证。棘头虫是一类海洋和陆地生态系统中常见的体内寄生蠕虫，能够感染人、猪、犬、猫、鱼等各类动物，是一类重要的医学寄生虫。其最典型的特征是，蠕虫状的外形和可外翻的吻突，吻突上有成排的倒钩，用于附着在宿主的消化道内。《科学》杂志还曾在1969年报道了棘头虫感染史前人类的案例。长期以来，棘头虫一直被认为是一个独立的门，即棘头动物门。由于棘头虫的身体构型高度特化，其系统分类位置一直存在很大争议。“此前，科研人员对棘头虫的起源和早期演化知之甚少。”王博对《中国科学报》介绍，作为一种体内寄生虫，棘头虫很难保存为化石，此前唯一的化石记录，是来自晚白垩世鳄形动物粪便中，4枚疑似的棘头虫卵。因此，中生代蠕虫化石一直是古生物学领域的“冷门”，迄今仅开展零星研究。本次新发现的棘头虫，由于来自著名的侏罗纪生物群内蒙古道虎沟，因此被命名为“道虎沟侏罗棘头虫”，简称“侏罗虫”。研究团队借助扫描电镜、能谱分析等方法，对其进行精细的解剖学研究发现，侏罗虫身体整体呈纺锤形，分成明显的三部分，即吻突、颈和躯干。侏罗虫的吻突具硬化的、略向下弯曲的刺。侏罗虫身体上有约32对仅延伸至身体一小部分的纵毛列，类似的结构也常见于现生棘头虫。侏罗虫的吻突中央保存了消化道，但躯干整体未发现明显的消化道，其身体末端还有一个类似现生棘头虫雄性交合伞的结构。侏罗虫最奇特的特征，是其位于躯干最前方的颚器。颚器整体向前方汇聚，且前部的颚较小，向后逐渐变大，齿的数量也更多。颚器中的齿整体都朝向身体前方，且所有的颚都不超过棘头虫的身体边界。类似的颚器在棘头虫可能的祖先——包含轮虫动物的有颚动物类中广泛存在。为进一步确定侏罗虫的演化位置，研究团队构建一个最新的、包含各类现生和化石蠕虫动物的形态数据矩阵，并开展系统发育分析。结果表明，侏罗虫的演化位置位于棘头虫的最根部，是棘头虫的基干类群。虽然近年的分子系统发育分析已经表明，棘头虫最有可能是轮形动物中一个特化的类群，但棘头虫在轮形动物内部的演化发育关系争议极大，学界基于不同的形态学证据和分子生物学证据提出了相互矛盾的数种不同的假说，几乎涵盖所有可能的排列组合。系统发育学分析表明，侏罗虫是尾盘纲轮虫向棘头虫演化的过渡类群，从而在形态学的矩阵分析中，获得了与分子生物学分析相近的结果，成功解决形态学研究与系统发育基因组学研究之间的分歧。本研究为探索棘头动物门的起源和早期演化提供重要的线索：侏罗虫展示了棘头动物先前未知的形态多样性和生态特性。其具钩的吻突和较大的体型表明，棘头虫在侏罗纪可能已经演化出了和蛔虫、绦虫一样，寄生在另一种生物体内的内寄生习性，也表明棘头虫可能起源自陆地环境，并在侏罗纪已经与其他轮虫分化。审稿人指出，该工作颠覆了学界对“中生代蠕虫不重要”的传统认识，为棘头虫起源研究提供了重要的古生物学见解。侏罗虫化石（a）与侏罗虫复原图（b）及现生棘头虫（c）的对比图。复原图绘制：杨定华相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08830-52025-04-10
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【科技日报】1.6亿年前“侏罗虫”揭晓棘头动物门起源之谜棘头虫是一类海洋和陆地生态系统中常见的体内寄生蠕虫，能够感染人、猪、犬、猫、鱼等各类动物，是一类重要的医学寄生虫。但是，棘头动物门虽然建立已有200余年，但起源问题一直没有答案。4月10日，记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，中国科学院南京地质古生物研究所博士生罗慈航在研究员王博指导下，与多国学者合作的研究成果表明，产自内蒙古道虎沟（约1.6亿年前）的棘头虫化石——侏罗虫，为解决棘头动物门的起源之谜提供了实证。相关研究成果9日发表在国际期刊《自然》上。动物界包含30余个门级分类单元，它们共同构建了动物演化的基本框架。每个门的起源一直是学界研究重点。长期以来，棘头虫一直被认为是一个独立的门，即棘头动物门。由于棘头虫的身体构型高度特化，其系统分类位置一直存在很大争议。基于不同的形态学特征，不同学者分别提出棘头虫与扁形动物门、鳃曳动物门以及轮虫动物门近缘的观点。然而，分子系统学分析表明，棘头虫最可能是轮虫动物门中一个特化的类群。但是，营体内寄生生活的棘头虫的身体构型与自由生活的轮虫有着很大的差异。同时，由于棘头虫是体内寄生虫，很难保存为化石，其个体微小、身体结构趋同、分类特征不清，多属于疑难化石，因此，中生代蠕虫化石一直是古生物学领域的“冷门”，挑战性极高。研究团队借助扫描电镜、能谱分析等方法，对“道虎沟侏罗棘头虫”化石进行精细的解剖学研究发现，侏罗虫的身体整体呈纺锤形，分成明显的3部分，即吻突、颈和躯干。侏罗虫最奇特的特征是其位于躯干最前方的颚器。侏罗虫的吻突具硬化的、略向下弯曲的刺。侏罗虫身体上有约32对仅延伸至身体一小部分的纵毛列，类似的结构也常见于现生棘头虫。侏罗虫的吻突中央保存了消化道，但躯干整体未发现明显的消化道，其身体末端还有一个类似现生棘头虫雄性交合伞的结构。侏罗虫具钩的吻突和较大的体型表明，棘头虫在侏罗纪可能已经演化出了内寄生的习性，也表明棘头虫可能起源自陆地环境，并在侏罗纪已经与其它轮虫分化。为进一步确定侏罗虫的演化位置，研究团队构建一个最新的、包含各类现生和化石蠕虫动物的形态数据矩阵，并开展系统发育分析。结果表明，侏罗虫的演化位置位于棘头虫的最根部，是棘头虫的基干类群。侏罗虫（a, 化石照片；b, 复原图）及与现生棘头虫（c）的比较。南京古生物所画师杨定华绘制侏罗虫的复原图。2025-04-10
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【中国科学报】层孔海绵“嫘祖”，磷酸钙做骨湖北宜昌嫘祖镇附近，一块貌不惊人的黑色石块，在古老岩层中静静等待了数亿年。当科学家用显微镜揭开它的秘密时，一个关于生命创造力的远古故事随之浮现。近日，中国科学院南京地质古生物研究所（简称南京古生物所）早古生代研究团队等，在宜昌远安发现了4.8亿年前、迄今最古老的层孔海绵化石，因发现地及其微观结构与丝绸相似，将之命名为嫘祖冠毛层孔海绵。这一发现不仅将造礁的层孔海绵的化石记录提前了约2000万年，还揭示了早期礁生态系统和生物矿化演化的独特机制，为未来研究早期地球环境与生物相互作用提供了新方向。相关成果4月1日在美国《国家科学院院刊》（PNAS）发表。发现最古老的层孔海绵化石与一般的海绵动物不同，大部分古生代层孔海绵没有骨针，而是具有钙质骨骼，这是一个重要特征。在北美大陆，由层孔海绵形成的生物礁是非常重要的油气储层。层孔海绵作为古生代奥陶纪—泥盆纪标志性的浅海造礁动物之一，在礁构建中的作用、生态地位和地理分布上，类似于现代珊瑚。然而，层孔海绵突然融入礁生态系统引发一系列有趣的关键科学问题：最早的层孔海绵何时出现？它们是如何获得矿化骨骼的？它们如何成为礁生态系统的重要组成部分？层孔海绵如何在全球范围内几乎同时分布并对礁生态系统做出贡献？由于早期层孔海绵化石记录的缺失，这些问题长期悬而未决。论文第一作者、韩国高丽大学博士后全胄完在南京古生物所就读博士期间，在论文共同通讯作者、南京古生物所研究员张元动建议下，前往宜昌进行野外考察，发现了这次报道的化石。“宜昌地区早奥陶世生物礁研究已经相当深入，因此这是一个出乎意料的发现。”全胄完向《中国科学报》介绍了该化石名称的由来，“化石发现地附近有嫘祖镇，中国传说中的嫘祖被认为发明了养蚕和丝绸。这种层孔海绵的微观结构与丝绸有相似之处，所以用了‘嫘祖’命名。”“时装秀”上不走寻常路尽管在刚发现“嫘祖”化石时，全胄完花了很长时间才理解它，但他在博士毕业前后与多位学者持续合作研究，获得系列发现。他们认为，嫘祖冠毛层孔海绵是通过氟磷灰石构建其骨骼的，这在整个海绵类中是独一无二的。张元动表示：“就像厨师尝试新菜谱一样，早期动物在进化过程中‘尝试’用不同材料构建骨骼。以往研究中的海绵化石骨骼建造，要么是碳酸钙，要么是硅。”而“嫘祖”海绵选择了磷酸盐来构建骨骼，表明海绵动物在奥陶纪早期就已经具备了使用硅、碳酸钙和磷酸钙这3种生物矿物质建造其骨骼的能力和机制，展示了早期生物适应环境的多样性，为科学家理解生命演化提供了新视角。“这就像是生物在进化的‘时装秀’上，尝试了一种独特的‘材料’。虽然最终在海绵动物中没有成为主流，但却展示了生命演化的丰富可能性。”张元动进一步解释了这种独特性。这一新发现确立了多孔动物门，这是第一个已知的利用硅、碳酸钙和磷酸钙3种主要生物矿物质的后生动物门。化石记录前推约2000万年早期层孔海绵骨骼中磷酸盐的存在，拓展了人类对早期动物生物矿化能力的理解，这表明早期海绵可能已具备多样化生物矿化策略所需的遗传能力。研究团队认为，“嫘祖”海绵可能代表了磷酸盐生物矿化的早期“实验品”，后来在海洋化学变化的背景下，被基于碳酸盐的海绵所取代。这一发现强调了环境因素在塑造生物演化过程中的重要性。不仅如此，“嫘祖”海绵还形成复杂的礁结构，在框架构建和结合钙微生物、石松海绵、瓶筐石、棘皮动物等其他造礁生物组分方面，发挥了关键作用。这些早期的层孔海绵所建造的礁结构的复杂性，堪比后来的礁生态系统。这一发现将造礁层孔海绵的化石记录前推约2000万年。这项研究的意义不仅在于填补了层孔海绵早期演化历史的空白，还为理解早期动物的生物矿化过程提供了新的视角。它揭示了地球历史上关键时期礁生态系统的复杂性，以及生物如何适应和改变环境。审稿人认为，目前关于层孔海绵早期演化历史的相关信息仍然非常有限，因此该研究对推进这一领域的理解具有重要意义。相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2426105122作者在宜昌远安发现的早奥陶世层孔海绵—棘皮动物生物礁。受访者供图2025-04-01
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【科技日报】科学家发现4.8亿年前层孔海绵用磷酸盐“造骨”以往研究表明，海绵化石骨骼建造要么是碳酸钙，要么是硅。不过，科学家对于这一问题有了新发现。4月1日，记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，该所早古生代研究团队与韩国古生物研究团队等专家研究团队在宜昌远安发现了4.8亿年前的层孔海绵化石，名为嫘祖冠毛层孔海绵，这也是已知最古老的层孔海绵化石。这一发现不仅将造礁的层孔海绵的化石记录提前了约2000万年，还揭示了早期礁生态系统和生物矿化演化的独特机制。该成果在《美国国家科学院院刊》上发表。层孔海绵是奥陶纪-泥盆纪（古生代）标志性的浅海造礁动物之一，在礁构建中的作用、生态地位和地理分布上类似于现代珊瑚。在距今4.6亿年的中奥陶世达瑞威尔晚期，层孔海绵几乎同时融入热带至亚热带气候区的全球礁生态系统。因为受到奥陶纪生物大辐射事件期间海洋生物多样化的影响，这一时期的着礁生态系统从微生物主导向层孔海绵和珊瑚主导转变。然而，层孔海绵突然融入礁生态系统引发一系列有趣的关键科学问题：最早的层孔海绵何时出现？它们是如何获得矿化骨骼的？最早的层孔海绵在古生态中扮演了什么角色？它们如何成为礁生态系统的重要组成部分？因为缺少早期层孔海绵的化石记录而无从得知。原先研究中，研究者普遍发现，海绵化石骨骼建造要么是碳酸钙，要么是硅。而研究团队发现，嫘祖冠毛层孔海绵是通过氟磷灰石构建其骨骼的，这在整个海绵类中从未见过。这一新发现确立了多孔动物门，这是第一个已知的利用硅、碳酸钙和磷酸钙等3种主要生物矿物质的后生动物门。不仅如此，嫘祖冠毛层孔海绵还形成复杂的礁结构，在框架构建和结合其他造礁生物组分方面发挥了关键作用。研究团队认为，嫘祖冠毛层孔海绵可能代表了磷酸盐生物矿化的早期“实验品”，后来在海洋化学变化的背景下被基于碳酸盐的海绵所取代。这一发现强调了环境因素在塑造生物演化过程中的重要性。（受访者供图）嫘祖冠毛层孔海绵 (Lophiostroma leizunia sp. nov. Jeon) 构造，纵切面（A-D, F, G）和横切面（E, H-I）特征嫘祖冠毛层孔海绵的元素分布湖北宜昌远安发现的早奥陶纪层孔海绵-棘皮动物生物礁2025-04-01
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【央视新闻】来自4.8亿年前 科学家发现迄今为止最古老的层孔海绵化石层孔海绵是奥陶纪-泥盆纪（古生代）标志性的浅海造礁动物之一，在礁构建中的作用、生态地位和地理分布上类似于现代珊瑚。在中奥陶世达瑞威尔晚期（距今4.6亿年前），层孔海绵几乎同时融入热带至亚热带气候区的全球礁生态系统。因为受到奥陶纪生物大辐射事件期间海洋生物多样化的影响，这一时期的礁生态系统从微生物主导向层孔海绵和珊瑚主导转变。然而，层孔海绵突然融入礁生态系统引发一系列有趣的关键科学问题：最早的层孔海绵何时出现？它们是如何获得矿化骨骼的？最早的层孔海绵在古生态中扮演了什么角色？它们如何成为礁生态系统的重要组成部分？一系列问题因为缺少早期层孔海绵的化石记录而无从得知。宜昌远安发现的早奥陶纪层孔海绵-棘皮动物生物礁近日，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队与韩国古生物研究团队等专家在宜昌远安发现了迄今为止最古老的层孔海绵化石（距今4.8亿年前），名为嫘（léi）祖冠毛层孔海绵。这一发现不仅将造礁的层孔海绵的化石记录提前了约2000万年，还揭示了早期礁生态系统和生物矿化演化的独特机制。该成果于北京时间4月1日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表。通过研究，科研人员发现嫘祖冠毛层孔海绵是通过氟磷灰石构建其骨骼的，这在整个海绵类中从未见过。这一新发现确立了多孔动物门，这是第一个已知的利用三种主要生物矿物质（硅、碳酸钙和磷酸钙）的后生动物门。早期层孔海绵骨骼中磷酸盐的存在拓展了人类对早期动物生物矿化能力的理解，这表明早期海绵可能已具备多样化生物矿化策略所需的遗传能力。不仅如此，嫘祖冠毛层孔海绵还形成复杂的礁结构，在框架构建和结合其他造礁生物组分（如钙微生物、石松海绵、瓶筐石、棘皮动物等）方面发挥了关键作用。这些早期的层孔海绵所建造的礁结构的复杂性堪比后来的礁生态系统。这一发现将造礁层孔海绵的化石记录提前了约2000万年。这项研究不仅在于填补了层孔海绵早期演化历史的空白，还为理解早期动物的生物矿化过程提供了新的视角，揭示了地球历史上关键时期礁生态系统的复杂性，以及生物如何适应和改变环境，推进了我们对早期生命演化的理解，还为未来研究早期地球环境与生物相互作用提供了新的方向。它展示了生物多样性和生态系统复杂性在地球历史早期阶段（距今4.8亿年前）就已经存在，为我们理解现代海洋生态系统的起源和演化提供了宝贵的线索。（总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉）嫘祖冠毛层孔海绵构造2025-04-01
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【人民日报】陆地如何影响地球的“进化”？近百年来，由于人为排放温室气体等原因，地球表面升温，形成了巨大的生态和环境压力。在不同的二氧化碳背景下，地球生态系统将走向何方？在全球变暖趋势下，生态系统的韧性有多强？现在人类短时间尺度的观察记录很难回答以上问题，而漫长的地质历史中已经发生多次类似事件。“现代陆地生态系统是如何起源的”，是中国科协评出的年度十大前沿问题之一。了解陆地生态系统的起源和演化，将帮助我们更好地理解、保护地球生态系统，促进可持续发展。——编 者 你真的了解地球上的“陆地”吗？地球宜居，得益于其独特的宇宙环境和自身条件。首先，地球与太阳距离适中，接收的太阳辐射能够维持适宜的温度并保证液态水的稳定存在；角度适宜，保证了规律的四季更替。其次，诸如板块构造运动等强烈的地质活动有效促进了地球的物质循环，能够长期调节气候并维持元素平衡，保证了大气圈、水圈和岩石圈的动态平衡。从高空俯视，地球表面大部分被水所覆盖，陆地总面积仅占地表面积的29%，但陆地生物构成了全球生物多样性的主要部分——其种类约占地球生物总量的85%。陆地生态系统，即陆地生物与其所处环境共同构成的多样复杂的整体系统。它是人类赖以生存和发展的基础。探究它的起源过程和驱动机制，不但可以为被子植物起源、脊椎动物演化等重要问题提供答案，还能为理解“宜居地球”的演变提供直接证据。从长时间尺度上看，陆地生态系统深刻地参与塑造了地球的演变。例如，参与塑造大气圈的演变。泥盆纪陆地植物的大规模生态扩张，推动了森林生态系统的出现与复杂化。这一方面引起了大气氧含量的急剧升高，不但促进了石炭纪节肢动物的巨型化，也侧面削弱了紫外线的辐射并促进臭氧层的形成。另一方面，通过固定二氧化碳参与了碳循环，石炭纪森林的埋藏还为人类提供了重要的煤炭资源。又比如，参与塑造水圈的演变。陆地植物的蒸腾作用将大量的水循环至大气之中，植物强大的根系有效提升河流系统的稳定性。再比如，参与塑造地表岩石圈的演变。陆地植物与微生物通过生物风化作用可以快速破坏地表的基岩，加速土壤层的形成。地下生活的动物也可以通过掘土等方式扰动地表的土壤层，参与各类地貌的形成。哪些因素影响了“陆地”的演化？陆地生态系统的变化并不是和缓的，而是经历过崩溃与复苏。学术界提出了“白垩纪陆地革命”等理论，并认为贯穿“白垩纪陆地革命”的五大标志性事件，即“被子植物起源”“昆虫的生态辐射”“脊椎动物的兴衰演替”“陆地生态系统的崩溃”以及“陆地生态系统的复苏”，是探究现代陆地生态系统起源与演化的关键。白垩纪被子植物的崛起，重塑了全球陆地植被和生态系统格局，也为昆虫、两栖爬行类、鸟类和哺乳动物的辐射演化提供了栖息地和能量来源；昆虫的生态辐射使得森林生态系统、湖泊生态系统等各类型的陆地生态系统更加复杂，在维持生物多样性、调节碳循环等方面深度地参与了现代陆地生态系统的形成；恐龙类等陆生脊椎动物，通过拓展生态位、重塑食物网、改造栖息环境等极大地影响了现代陆地生态系统的形成。同时，一系列的地质环境事件也对现代陆地生态系统的形成产生了不可忽视的影响。在侏罗纪和白垩纪，恐龙时代的陆地生态系统与现代截然不同。首先是地理格局与气候环境的巨大差异。在侏罗纪早期，大陆的聚合程度较高，之后不断裂解，直到白垩纪晚期才初步形成现代地理格局的原始状态。板块活动改变了当时的气候条件，造成了当时的极端温室效应。据测算，白垩纪中期的大气二氧化碳浓度是现在的4—10倍；热带地区年平均温度高达35摄氏度，两极地区的年平均温度也能达到14摄氏度左右；当时的海平面比现在高100—200米，在过去250Ma（百万年）的历史中处于最高位时期。如今，人类活动已成为影响陆地生态系统变化的首要驱动力，影响速率与规模远超自然过程。耕地的扩张、畜牧业的发展、矿产资源的开采等，都会改变地球的表层系统。人类活动还会极大地影响地球的气候条件。我们生活的地球目前正处于冰室气候阶段，两极的冰盖便是显著特征。如今，大气中吸热温室气体的含量已创有史以来的最高纪录。由于破坏生物的栖息环境、排放污染物、过度开发生物资源等，人类活动极大地加速了陆地生物物种多样性的下降。然而，人类活动的影响并非全然消极。生态恢复和污染治理有效修复了退化的陆地生态系统，我国的“三北”工程就是其中的经典案例。同时，可持续发展的绿色农业和林业活动可以在保证土地利用率的同时，提高土地的植被覆盖率和生态健康。多年来大规模的物种保护活动也卓见成效，濒危物种的人工繁殖与再引入、栖息地保护和生态廊道建设等活动，不但有效避免了濒危物种的灭绝，还进一步恢复了陆地生态系统的生态平衡，促进了人与自然和谐共生。未来，我们如何编撰“大地之书”？探究现代陆地生态系统的起源和演化，像编撰一部陆地生态系统的“史书”，内容越丰富、时间越精细，史书也就越真实。加强化石系统分类和高精度综合地层研究是基础。埋藏于地底的一枚枚化石是我们了解地球生命史诗的主要窗口。基于这些化石，我们得以窥见远古生命演化的波澜壮阔。除了化石，我们还可以通过化学（地球化学）和物理（地球物理）方法研究地球。地球化学以地层中的元素为主要研究对象，主要通过分析岩石、矿物等的化学组成和同位素特征，揭示地球内部和表层的物质循环、能量交换及演化规律。地球物理学旨在通过观测地球物理场的时空变化，推演地球的内部结构、物质状态以及动力学过程。过去百年积累了海量的地质资料，如何利用这些数据重建地球的演化史，成为目前地球系统科学的热点问题之一。构建全新的地学知识图谱并开展综合大数据分析工作，也为研究提供了新的突破点。在数字时代，基于大数据的多学科交叉研究带来了研究新范式。未来，古生物地层学大数据统计、演化生物学和计算机数值模拟等多学科交叉，将为认识当今全球气候变化对生物多样性和生态系统的影响提供重要参考。大气圈、水圈、岩石圈示意图。（资料图片）不同类型的陆地生态系统示意图。（作者单位：中国科学院南京地质古生物研究所）2025-03-20