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【科技日报】1亿年前萤火虫就已学会发光抵御捕食者
盛夏的野外，萤火虫一闪一灭的光亮，犹如一盏盏神秘莫测的明灯。通常，只有年幼和雌性萤火虫才发光，这是一种求爱信号。极少数的雄性萤火虫也用闪光进行防御。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所与捷克帕拉茨基大学、英国布里斯托大学及中山大学合作，从缅甸琥珀中发现了萤火虫的一个“老祖先”：白垩光萤科。这一新类群的发现对于研究叩甲总科中生物发光的起源与演化具有重要意义。该成果1月20日在线发表在英国《皇家学会会刊—B辑》上。
在陆生动物中，能进行生物发光的物种以叩甲总科（萤火虫及其近亲）的物种最多。大部分发光的叩甲总科的物种都属于“萤类”，包括萤科、光萤科、雌光萤科，以及华光叩甲科。
在这一分支中，除最基部的华光叩甲科外，萤科、光萤科与雌光萤科的身体均较为柔软，部分类群的雌性还具有幼态持续现象，这使得这一类群的物种很难保存为化石。除萤科于白垩纪缅甸琥珀及一些新生代地层中有化石记录外，其他类群此前尚没有化石被正式报道。
研究人员在白垩纪中期缅甸琥珀（约1亿年前）中发现了一枚保存较完好的阿扎白垩光萤雄性标本。白垩光萤的触角具12节，呈双栉状，与现生的光萤科相似。然而白垩光萤的前胸腹板较发达，鞘翅完全覆盖腹部，腹部可见腹板6节，与光萤科及近缘的雌光萤科不同。根据其形态特征，研究人员推测白垩光萤可能属于光萤科+雌光萤科进化枝的基干类群。
“我们发现的化石是比较原始的一类，可以理解为萤火虫的祖先类型。”中科院南京地质古生物所副研究员蔡晨阳告诉记者。
白垩光萤的第1—3节可见腹板上具有一个浅色明亮区域，研究人员认为这是发光器官。而在白垩纪，蚂蚁、青蛙、早期鸟类等快速繁盛，它们都是白垩光萤的潜在捕食者。研究人员推测，白垩光萤中的发光器官或许与抵御这些捕食者有关。2021-01-29 -
【新华网】科学家发现1亿年前萤火虫祖先
新华社南京1月27日电（记者王珏玢）记者27日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，中国、捷克、英国古生物学者近日在1亿年前的缅甸琥珀中发现一种原始的萤火虫祖先：白垩光萤科（Cretophengodidae）昆虫。与现在多数萤火虫为求爱而发光不同，这种萤火虫“老祖宗”发光可能是为了防御和自保。
领导此项研究的中科院南古所副研究员蔡晨阳介绍，科研团队共研究了2万多块琥珀化石，从中发现1枚保存较完好的萤火虫“老祖宗”雄虫标本。这种远古昆虫体长7毫米左右，前端长着一对长长的、有分枝的触角。与现在相似类群的萤火虫比，它眼睛更大，头部更加前伸，身体也更加柔软。更特别的是，现在萤火虫的发光部位位于腹部末端，而这种远古虫子发光部位则更加靠前，位于腹部前端。
“通过与现代相似类群萤火虫的比较，我们推测，这些萤火虫‘老祖宗’发光并不是为了求偶，而是为了抵御蚂蚁、青蛙、早期鸟类等捕食者的攻击。”蔡晨阳说。
相关研究成果已于近日发表在英国《皇家学会生物学分会学报》上。2021-01-29 -
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【现代快报】甘肃酒泉只是航天城？南京古生物专家：一亿年前是湖泊，还曾有火山喷发
中国第一颗返回式卫星、神舟载人飞船、全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”……众所周知，甘肃酒泉是航天城。最近，中科院南京地质古生物研究所的专家们发现，酒泉地下处处都是“宝贝”。现代快报记者了解到，经过长达数十年的地质调查，他们采集了近万件化石标本，为研究该地区地层划分、古生态与古环境重建提供了重要证据。
现代快报+/ZAKER南京记者 阿里亚
一亿年前的酒泉
竟是大型湖泊
从2010年开始，中科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”，就开始着手酒泉地区的综合地层学研究。
“气候非常干燥，植被少，黄土多，沙尘暴多。沙尘暴发生时根本看不到太阳，我们即便戴着面罩，鼻子里也会有很多灰尘。”郑大燃博士是项目成员之一，十多年来，酒泉独特的自然气候环境给他留下深刻的印象。
别看现在的酒泉气候复杂，一亿年前却是一个大型湖泊。“当时湖泊中有贝壳类动物，有鱼，还有轮藻等，生物种类非常丰富。”十多年间，研究团队对酒泉地区距今约一亿年的地层进行地质调查，采集了近万件化石和岩石标本，“还原”了一亿年前酒泉地区生机勃勃的景致。
化石的种类齐全，其中有一些还很特别。“比如说发现的近百枚玉门甘肃鸟化石，它属于早期两栖鸟类动物群，爪子像鸭子一样，既可以在水上生活，又可以在陆地上生活。”据郑大燃介绍，这些鸟类化石有助于科学家们了解鸟类的起源和早期演化。
热河生物群化石
破解地层年代
热河生物群是指生活在距今1.35亿~1.15亿年左右，以狼鳍鱼、东方叶肢介、三尾拟蜉蝣动物群为代表的生物群，中国辽西义县、北票、凌源等地区为主要产地。然而，科研人员却在酒泉地区发现了狼鳍鱼、东方叶肢介和三尾拟蜉蝣的化石。
“一般发现了这三种化石中的任何一种，就认为属于热河生物群的范畴，而这三种都找齐了。”据郑大燃介绍，上世纪90年代，著名古生物学家陈丕基提出了热河生物群的三阶段迁移学说：第一阶段（1.35亿~1.3亿年），分布在冀北-辽西地区为主；第二阶段（1.3亿~1.22亿年），向西北扩展到甘肃酒泉地区；第三阶段（1.22亿~1.15亿年），再往西到新疆。
“我们在酒泉地区1.24亿~1.2亿年的地层中发现了狼鳍鱼、东方叶肢介、三尾拟蜉蝣的化石，正好证实了热河生物群在第二阶段到达酒泉，这与陈丕基先生提出的观点基本一致。”郑大燃说，一直以来，关于酒泉的地层年代，不同学者的观点不一致。而这些化石的关键之处，就在于可以帮助古生物学家划分和确定地层的年代。
找到古火山口
8000万年前曾爆发
科研人员还在酒泉的红柳峡地区找到了距今1.1亿年的古火山口，至今保存完好。“它跟现代的火山口一样，是椭圆形的。根据测定，我们发现当时该火山口发生多次活动，而红柳峡地区的古火山口可能是当时的火山喷发中心。”郑大燃告诉现代快报记者。
这个火山口属于“休眠火山”还是“死火山”？ 郑大燃说，它是“死火山”，最后一次爆发是在8000万年前。
火山爆发的后果很可怕，一亿多年前发生的著名的“白垩纪大洋缺氧事件”就是一个例子。大规模的火山喷发，导致大气中二氧化碳浓度升高，缺氧事件随之产生。而这一全球性的地质事件，也被记录于酒泉地区的地层中。
“在记录这一重大地质事件的地层中，早期的热河生物群到了一定时间段消失了，取而代之的是玉门甘肃鸟动物群，表明整个生物面貌都改变了。”郑大燃表示，这一系列研究不仅是对酒泉地区古生物学和地层学研究的全面回顾，也提出了新的生物-年代地层学框架，为研究该地区的精时古地理学以及探讨陆地生物演化对环境事件的响应奠定了基础。2021-01-22 -
【中新网】中外学者发现一亿年前萤火虫祖先 揭示发光甲虫“演化谜题”
中新社南京1月20日电 (徐珊珊)据中国科学院南京地质古生物研究所20日消息，中外学者近期在一亿年前的缅甸琥珀里发现萤火虫祖先，解开了发光甲虫身体软化的“演化谜题”。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所的科研助理李言达、蔡晨阳副研究员等人与捷克帕拉茨基大学、英国布里斯托大学，及国内中山大学的同行合作，从缅甸琥珀中发现了一个叩甲总科的新科：白垩光萤科。这一新类群的发现，对于研究叩甲总科中生物发光的起源与演化具有重要意义。
该项研究成果已于2021年1月20日在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》(Proceedings of the Royal Society B)上。
研究人员在白垩纪中期缅甸琥珀中发现了一枚保存较完好的阿扎白垩光萤雄性标本。白垩光萤的触角具有12节，呈双栉状，与现生的光萤科相似。
白垩光萤的第1—3节可见腹板上具有一个浅色明亮区域，这可解释为它的发光器官，其位置与雌光萤科中的一些物种十分相似。这一发现表明发光的萤类进化枝至少在白垩纪中期就已经发生了多样化。在白垩纪，包括蚂蚁、青蛙、早期鸟类在内的软躯体叩甲的潜在捕食者发生了快速分化。研究人员推测，白垩光萤中的发光器官或许与抵御这些捕食者有关。
蔡晨阳副研究员表示，白垩光萤的发现也为这一类群的软躯体化及生物地理提供了新的见解。华光叩甲科昆虫的身体完全硬化，而萤类进化枝中的其余类群身体都发生了强烈的软化。白垩光萤的身体介于二者之间，处于中间过渡状态，填补了这一演化上的缺环。2021-01-22 -
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【新华报业】江苏高校研究成果入选“2020年中国十大科技进展新闻”生命的史诗与生物演化共舞。如何再现远古生命的恢弘史诗？1月20日，2020年中国十大科技进展新闻揭晓，南京大学、中国科学院南京地质古生物所的樊隽轩教授、沈树忠院士团队的成果入选。
生命的史诗与生物演化共舞。如何再现远古生命的恢弘史诗？1月20日，2020年中国十大科技进展新闻揭晓，南京大学、中国科学院南京地质古生物所的樊隽轩教授、沈树忠院士团队的成果入选。
记者了解到，团队在“天河二号”超级计算机支持下，让大数据和超算等新科技与古老化石的碰撞，绘制出全球第一条高精度的古生代海洋生物多样性变化曲线，较国际同类研究的精度提高了400倍左右。该成果于去年1月17日在《科学》杂志以长文形式在线发表。
重建生命历史，石头‘天书’为何难读？
生命起源与演化是世界十大科学之谜，也是《科学》杂志列出的125个重大科学问题之一。
要回溯并重建远古生命的历史，必须要依靠一本本“石头书”。
沈树忠院士科普道，“当走进科罗拉多大峡谷，你会看到厚厚的地层，那就像一本硕大无比的‘石头大书’，岩石中各种各样的化石包含地质信息，就像是书里的文字。生命演化的真谛保存在各种地层记录之中，化石记录是唯一开启地球生命历史进程的窗口。”
但是这本“天书”并不易读。一方面，化石的“文字”就像遗失的古代书简，已经残缺不全，“如今，地球上曾经生活过的生物中99%以上已经灭绝，但只有很少一部分能保存为化石。”而另一方面，现有的化石记录散落在各地，数量不小且非常零碎。
在整个地球历史上，可能存在过的物种也许在40亿种之多，要恢复生命演化的全部历史，首先要把那些已经消失的物种尽可能多地都统计在内。
沈树忠介绍，早在上个世纪70，80年代开始，就有人着手将化石记录收集起来，美国芝加哥大学的古生物学家杰克·塞科斯基（Jack Sepkoski）耗费了十多年的时间，收集北美、欧洲等地的化石记录，构建了第一个较为完整的古生物数据库，“地球的历史太长了，他的时间单位只能做到以千万年计算，也就是统计每千万年里的海洋生物科的数目。”
1982年，杰克·塞科斯基和大卫·骆普（David Raup）建立了第一条自？6 亿年以来地球生物的多样性曲线，人们获知，自6亿年前到4亿多年前之间，生物多样性快速增加，其后发生了五次生物大灭绝，分别发生在约4.4 6亿年前的奥陶纪末、3.64 亿年前的泥盆纪晚期、2.52 亿年前的二叠纪末期、2 亿年前的三叠纪末期和6600 万年前的白垩纪末期，最近的这一次生物大灭绝造成了恐龙在地球上消失。
1998年，在美国国家自然科学基金委的支持下，一批美国与欧洲的古生物学家联合，发起了一个大型的古生物数据库项目，2008年，这些科学家重新计算了过去六亿年的地球生物多样性曲线，尽管数据库远比之前的复杂，但由于时间尺度仍然是以千万计，会直接影响对古生物多样性的估算，导致无法准确评估生物多样性的变化速率和模式，“换句话说，低于这个1000万年以下的大的突发性重大生物事件，将无法识别，漫长生命史中短时间的剧烈波动也可能遗漏。”
在此次研究中，团队收集了大量的地层剖面和化石记录，从中遴选了3112个地层剖面、11268个海洋化石物种的26万个化石数据。“这些化石占中国化石总量的80%，分布在不同地区各个角落，如何零星的点，串起来完整的故事曲线？”沈树忠表示，像这样通过不完整的化石记录重建地球历史生物多样性的变化规律是一个重大科学难题。
超算，将“编年史”融合为一本史诗
如何在更精确的时间尺度上，重建生命演化的历史？樊隽轩教授告诉记者，在拥有了海量化石记录之后，研究还需要实现两个方面的突破，“针对这些古生物大数据的全新算法进行计算；同时我们还需要强大的算力。”
樊隽轩告诉记者，由于化石中携带了大量信息需要甄别，因此传统的方法已经不再适合使用。“化石存在保存和采样的强度的差别，不是所有的动物死后都能变成化石，也不是所有的化石都能被发现，所以我们找到的各个化石出现和消失的时间往往不完整，只会是化石真实寿命的一个‘子集’。这就导致一个问题，那就是化石的出现或消失的先后顺序可能会不准确。”
樊隽轩打了个比方，比如在不同史书当中，李白和杜甫的出生时间记录可能不同，拿一本书单独看可能会发生误差，我们可以将每个化石挖掘点找到的化石记录，看成是一本化石编年史，每本编年史都是不完整的，“有的记录了李白出生更早，有的则是杜甫更早，我们需要融合起来进行比对，再选择其中概率最大的一种可能性。”
为什么计算机需要庞大的算力呢？因为如果是拿两个物种的化石对比，他们相互之间的关系有六种，当三种物种对比，相互关系就有90种可能性……“当统计的物种数量上升到1万个时，传统计算机运算需要17年！”樊隽轩说，要获得这样的时间分辨率，必须使用超级计算机。
2015年开始，团队在超级计算机上开发新的算法，“天河二号”上部署的这一超算版本，也是首次在超级计算机上运行的地层学程序。“这一技术革新，让过去17年才能完成的计算提高到2-3天就能完成。”樊隽轩说。
樊隽轩表示，研究团队花费了两三年时间，结合模拟退火算法和遗传算法，自主开发了一套针对生命演化分析的算法。自主开发了基于并行计算的约束最优化方法-CONOP.SAGA，最终获得了全新的寒武纪-早三叠世海洋无脊椎动物的复合多样性曲线，将生物多样性的分辨率从1000多万年精细到2.6万年，较国际同类研究的精度提高了400倍左右，新建立的多样性变化曲线更加准确地重现了地质历史中最大的三次生物灭绝事件和两次重大生物辐射事件的精细过程。
全球变冷时，地球生命最辉煌？
生物多样性的曲线精确到令人惊叹，但其背后的意义，与人类本身相关。
“了解地球上生命的演化历程，是人类了解自身由来、以及未来演化的重要手段。” 沈树忠表示，“我们必须回答生命演化中三个基本问题，现今复杂生态系统是如何形成的？生命如何从一种形式演化到另一种形式？深时生物圈中是否存在灾变和多样化事件，这些都需要进一步探索过去的生物多样性。”
此外，地质历史中生物多样性的重大变化，通常也伴随着环境的剧烈波动。在地球历史中，曾经发生过重大的生态系统和环境的突变，导致了多次生物大灭绝事件。
沈树忠介绍，利用古生物数据库重建地质历史全球生物多样性模式，揭示地球生命的演化历史，以及与环境变化之间的关系，可以为了解当前的地球生物多样性危机提供重要启示。
“我们将碳、氧、锶同位素、沉积物质总量、大气二氧化碳含量等一些与气候密切相关的环境指标参数与我们的多样性曲线进行了初步的比较，发现生命的兴衰与大气二氧化碳的变化存在同步的现象。” 樊隽轩说，从新建立的古生代海洋生物多样性演变曲线可见，2.52亿年前发生了人类迄今为止识别出的最大规模的生物灭绝事件，导致约81%的海洋生物在数万年内迅速灭亡，这一事件的发生，与当时全球气候的快速升温密切相关。
而代表“地球生命辉煌阶段”的重要生物辐射事件，两次分别发生在4.9-4.7亿年前和3.4-3亿年前，并均与当时全球气候的逐渐变冷同步。沈树忠表示，有数据指出目前地球上正经历前所未有的生物大灭绝事件当中，当今地球是否处于一次生物大灭绝之中？如果是，如何阻止？ “全球变暖是当今地球生态系统恶化的主因吗？未来我们可能需要建立高时间分辨率的环境因素曲线，与生物多样性曲线进行更加准确、可靠的对比分析。”根据化石记录重建的生物多样性变化与环境演变历史是能给我们答案的唯一途径。
交汇点记者 杨频萍2021-01-21