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《中国古植物志 银杏植物》专著出版
由中国科学院南京地质古生物研究所周志炎研究员、杨小菊研究员、吴向午研究员等耗费十余年时间编著的《银杏植物》专著于2020年在科学出版社正式出版。作为《中国古植物志》编辑委员会主编的一系列分册中的一册,这是第一本编著完成并出版的古植物志书。
中国的古植物研究始自十九世纪后半叶,早期的论著都是由西方国家的学者发表,直到二十世纪二十年代以后才有中国学者开始研究中国的植物化石,迄今为止也已过去近一个世纪。在过去的百余年里,中国的古植物学走过了曲折而光辉的发展历程,取得了举世瞩目的成就,特别是关于中生代银杏目化石的系统研究被誉为是该领域具有里程碑意义的工作。
银杏是广为人知并深受大众喜爱的一种孑遗植物,在地质历史时期、尤其是中生代繁盛一时,其踪迹几乎遍及全球。我国陆相沉积十分发育,自晚古生代以来的地层中保存了丰富的银杏目植物化石。经过一个多世纪的发掘和研究,有关我国银杏目化石的文献可达数百种之多,因此有必要在国际和国内有关研究成果和进展的基础上对中国迄今已发表的银杏目化石进行一次阶段性地整理和总结。
《银杏植物》从2009年开始正式立项,有关资料的收集和策划等准备工作开展得更早,但由于种种原因,进度一直很缓慢。在科学技术部科技基础性工作专项的资助和国际国内古植物学界同仁的帮助下,历经10余年的艰苦努力,中国古植物志书《银杏植物》终于出版了。
本书共458页,包括276幅图和14张表,收集了一百五十多年来(1865年至今)分散在中外三百多篇(本)文献中发表的、我国二叠纪至古近纪的近两千个银杏植物化石记录。经过详细的检视和审核,对其中32个属、228个种以及大量未能确切鉴定和归类的名称进行了系统性地整理和汇编;依据化石性状特征、保存状况和研究程度将其分别纳入一个新的自然和形态分类系统中,同时对有关记录在鉴定、命名和论述等方面存在的主要问题做出评述或提出修改和厘定意见。该书还对银杏植物的研究历史、起源和亲缘关系、系统发育、分类和演化趋向以及在地质历史时期的时空分布和兴衰变迁过程等最新的研究成果和进展也做了较为详细的介绍。
《银杏植物》系统地总结了中国银杏植物研究上的百余年成果。作为一本有关中国银杏植物的综合性和系统性的专著,是研究此类植物的重要文献,对今后的古植物学发展也将起到积极的促进作用。
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山西阳泉发现早二叠世大型科达木化石群
科达是一类已经绝灭的裸子植物,曾在晚石炭世—二叠纪盛极一时,全球广泛分布,是该时期陆地植被中的优势分子之一,亦是重要的成煤植物。科达植物的叶化石在我国北方的晚石炭世—晚二叠世地层中分布十分普遍;该类植物经常被解释为高大的乔木类型,在远古森林中扮演着冠层植被的角色。但是在华夏植物区它们的茎干化石却相对较为少见,对它们内部解剖结构和生活习性的理解与同时期欧美植物群相比较为薄弱;作为冠层植被,它们能够生长的直径和高度一直以来也没有一个较为清晰的认识。
近期,中国科学院南京地质古生物研究所万明礼副研究员等人在我国山西省阳泉市早二叠世太原组上部的一层砂岩中(地方地质资料中称为“黄大肚砂岩”)发现了一个木化石群,据统计该木化石群共由211棵大型的科达类植物茎干组成。该成果已经在线发表于《远古世界》(Palaeoworld)。据悉,目前该木化石群的发现已经引起当地政府的高度重视,被阳泉市规划与自然资源局列为重点保护对象,拟在此基础上建设化石遗迹公园和博物馆。
该化石群中茎干保存了具有横隔的髓部(Artisia型)和密木型的次生木质部;其中,直径大于30厘米的茎干共有90棵,最粗的茎干基部直径可达1.36米;基于茎干基部直径的数值计算出这类植物最高可达43.54米,是目前国内已发现和报道的个体最大的科达茎干化石;茎干木材中均没有生长轮发育,含化石地层上、下具有煤层出露,表明阳泉地区该时期气候潮湿且十分稳定,没有明显的季节性变化。此外,16棵化石木材连同其复杂的根系共同保存在三角洲平原上的分流河道砂岩中,表明这些植物原本生活在河岸带;堤岸在河道侧向迁徙过程中发生侵蚀造成原本生活在这一环境下的植物被带入河道并最终埋藏,形成化石群落。
研究人员发现,目前我国二叠纪成煤沼泽中的科达类植物尽管也被认为是冠层植被,但个体都相对较为矮小,直径最粗的不超过30厘米;而在碎屑环境中,该类植物个体可以生长得更为高大。尽管根据欧美地区化石材料的系列研究认为大型的科达类植物一般生活在盆地外较为干旱的高地中,但当前的研究表明在二叠纪时期的华北地区,它们依然生活在水分条件充足的三角洲平原和泛滥平原上,反映出该类植物具有多元化的生态习性。
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)、现代古生物学和地层学国家重点实验室自主项目,以及中国科学院青年创新促进会的联合资助。
论文相关信息:Wan, M.L., Yang, W., Wan, S., Li, D.D., Zhou, W.M., He, X.Z., Wang, J., 2020. Giant cordaitalean trees in early Permian riparian canopies in North China: Evidence from anatomically preserved trunks in Yangquan, Shanxi Province. Palaeoworld, https://doi.org/10.1016/j.palwor.2020.04.008
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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.2020.0301
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南京古生物所举办庆祝建党99周年学习表彰大会
为庆祝中国共产党成立99周年,继承和发扬优良传统和作风,进一步提升基层党组织的组织力、战斗力、凝聚力,动员全所广大党员干部铭记历史,进一步深化“不忘初心、牢记使命”主题教育成果,6月30日下午,中国科学院南京地质古生物研究所在南京古生物博物馆报告厅举办了庆祝建党99周年学习表彰大会。南京古生物所领导班子成员、党委委员、纪委委员、支部书记、支委、工会主席团代表、女工委代表、团委代表、各支部党员和受表彰对象等约130人参加会议。会议由南京古生物所党委书记、副所长杨涛主持。
会议在庄严的国歌声中开始。
杨涛首先做了《不忘入党初心、牢记党员使命》专题党课。党课报告从回顾建党99周年来的光辉历程,到对照使命,立足本职岗位做“新时代党员好样子”等三个方面入手,阐述了共产党员应该有的样子,并提醒党员干部八小时外的言行。杨涛还传达了中国科学院全面从严治党暨2020年党建工作推进会的精神,进一步部署了南京古生物所支部标准化规范化建设、基层组织建设年、创建“让党中央放心、让人民群众满意的模范机关”等相关工作。
随后,南京古生物所党委副书记、纪委书记蔡华伟做了《廉洁自律、争做表率》反腐倡廉专题报告,带领大家认真学习了习近平在十九届中央纪委四次全会上的重要讲话精神;通报了中纪委、中科院近期通报的典型案例;深入分析了中央纪委国家监委6月23日曝光的六起违反中央八项规定精神典型问题,这些问题均发生在党的十九大之后,有的甚至发生在疫情防控期间,因此要求广大党员干部必须引以为戒,时刻反躬自省。南京古生物所纪委将继续强化监督执纪,聚焦监督职责,深入抓好作风和学风建设,加强纪律和作风建设,持续加大对重点领域、关键少数的监督,强化内审监督和廉洁从业风险防控工作。
南京古生物所所长詹仁斌在会上做了《弘扬科学家精神、加强学风建设》专题报告。他从科研诚信目前面临的严峻形势谈起,列举了一系列国内典型学术不端和学术腐败的事件,带领大家学习了2019年二十部委共同发布的《科研诚信案件调查处理规则》,中国科学院科研道德委员会2018年发布的《关于在学术论文署名中常见问题或错误的诚信提醒》、2020年发布的《关于科研活动原始记录中常见问题或错误的诚信提醒》等文件内容,号召大家弘扬科学家精神,做学问先做人、做学问要讲政治、做学问要讲情怀等。
会上,杨涛带领新党员宣誓,两位新党员隆重宣誓加入党组织。经前期各支部申报,并经所党委研究决定,表彰了研究所优秀共产党员、优秀党务工作者和先进党支部,具体如下:优秀共产党员(12人):王冬珍、付衍哲、许春鹏、沙金庚、张元动、陈孝政、陈哲、袁克兴、唐鹏、曹美珍、梁艳、蒋筱梅;优秀党务工作者(2人):曹长群、盖永华;先进党支部(3个):国家重点实验室党支部、支撑党支部、研究生党支部。
本次会议旨在深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,号召全所党员干部职工认真贯彻落实党中央、院党组的决策部署,不忘初心,不负韶华,主动作为,弘扬新时代科学家精神,为更好地践行“创新科技、服务国家、造福人民”的价值理念不断作出新的更大的贡献!
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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)
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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.2020.0015
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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).
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中科院党组巡视组巡视南京古生物所工作动员会召开
根据院党组巡视工作部署,6月12日上午,院党组巡视组巡视南京古生物所工作动员会召开。会上,巡视组组长吉峻作了巡视动员,南京古生物所所长詹仁斌作研究所基本情况和改革发展情况报告。动员会由南京古生物所党委书记杨涛主持。
巡视组全体成员,南京古生物所领导班子成员,党委委员,纪委委员,职能处室及相关部门负责人,实验室/中心负责人,党支部以及职代会、工会、团委、研究生会等群团组织的负责人,副高及以上职称人员等参加会议。
吉峻强调,巡视是全面从严治党的重大举措,是党内监督的战略性制度安排。院党组巡视组将认真学习贯彻习近平总书记关于巡视工作重要讲话精神,贯彻落实中央关于巡视的新部署新要求,坚守政治巡视定位,全面贯彻巡视工作方针,重点监督检查落实党的理论和路线方针政策以及党中央重大决策部署情况,落实全面从严治党战略部署情况,落实新时代党的组织路线情况,落实中央巡视、审计、主题教育整改情况,为实现“率先行动”计划目标任务提供坚强的政治保证。南京古生物所要提高政治站位,深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想,树牢“四个意识”,坚定“四个自信”,做到“两个维护”,切实增强配合做好巡视工作的责任感和使命感,自觉接受巡视监督,确保巡视工作顺利开展、取得实效。
詹仁斌汇报了单位基本情况和改革发展情况,“十三五”规划组织实施及完成情况和目前存在问题及对策。他表示,巡视是对研究所的全面政治体检,研究所将全力配合巡视组工作,自觉接受巡视监督,确保巡视工作顺利开展。杨涛表示,所党委将切实把思想和行动统一到院党组对巡视工作的部署和要求上来,强化政治担当,积极支持配合院党组巡视组工作,扎实做好巡视“后半篇文章”,把巡视成效转化为推动科技创新和改革发展的强大动力。
院党组巡视组巡视期间,信访举报通过以下途径接收:
巡视组工作地点:行政楼一楼会议室(105)
巡视组工作电话:025- 83282113
巡视组工作邮箱:xunshi2011@cashq.ac.cn
意见箱设置地点:行政楼一楼大厅
巡视组接收信访举报时间截止到2020年7月1日(6月10日-12日、端午节期间正常开放意见箱和工作邮箱,暂停受理来电、来访)。接收的信访举报将按有关规定办理。
巡视办监督电话:010-68597452
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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
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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.2020.119575