2021年度中國古生物學(xué)十大進展發(fā)布

“植物龐貝城”北部沼澤森林面貌復(fù)原。資料圖片

利用分割顯微斷層掃描數(shù)據(jù)三維重建的內(nèi)蒙古早白堊世具托斗種子植物。資料圖片

青藏高原地區(qū)5.5億年前的生物長什么樣？被子植物為何會“違背”達爾文進化論，在早白堊世突然大量出現(xiàn)？古人類是如何演化的……日前，中國古生物學(xué)會在江蘇南京發(fā)布“2021年度中國古生物學(xué)十大進展”評選結(jié)果，這些謎題有了答案。

本次入選成果由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、北京大學(xué)、西北大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、河北地質(zhì)大學(xué)等科研院所和高校領(lǐng)銜完成?！笆筮M展”從26項提名成果中選出，進展涉及自新元古代到第四紀(jì)的多個地質(zhì)年代。

解答達爾文“討厭之謎”

被子植物在現(xiàn)今絕大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位，與人類的衣食住密切相關(guān)，其起源和早期演化一直都是最為重要的科學(xué)問題之一。19世紀(jì)早期古植物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，被子植物（有花植物）化石在距今1億多年的白堊紀(jì)地層中突然大量出現(xiàn)，這似乎與認為生物演化是漸進的進化論相悖，達爾文對此困惑不解，甚至稱之為“討厭之謎”。

“討厭之謎”的答案，藏在我國內(nèi)蒙古東部的霍林河盆地一個特異植物群中。

2017年夏日的一天，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所史恭樂研究團隊前往內(nèi)蒙古霍林河盆地的扎哈淖爾露天煤礦，不過，他們的目標(biāo)并非煤炭，而是另一種深褐色的“地質(zhì)寶藏”——燧石。不久后，史恭樂團隊在燧石中發(fā)現(xiàn)了大量保存完好的距今1.26億年前的早白堊紀(jì)時期的植物化石，化石不僅完整地保存了植物器官的三維形態(tài)，還保存了植物體組織和細胞的細節(jié)信息，是古植物學(xué)研究的理想材料。

研究團隊運用傳統(tǒng)的醋酸纖維膜撕片技術(shù)和先進的顯微斷層掃描（CT）技術(shù)重建了植物化石的三維外觀形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并對這幾百份保存完好的植物樣本進行了比較形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)分析。結(jié)果顯示，來自內(nèi)蒙古的植物化石和已經(jīng)絕滅的盔籽植物的種子著生器官最為相似，其包裹種子的彎曲殼斗非常類似于被子植物中的外珠被?？阎参飺碛虚_放的種子結(jié)構(gòu)，卻只有單層珠被，因此這類植物屬于裸子植物，但與此同時，它們卻有著和被子植物相似的特征。

“被子植物的外珠皮類似于花生米外邊的‘紅衣’?！笔饭费芯繂T拿著一個3D打印的內(nèi)蒙古早白堊世具托斗種子植物模型，向記者介紹道：“我們在內(nèi)蒙古找到的植物不是被子植物本身，而是被子植物的近親?！贝隧椦芯孔C明，被子植物的祖先類群早在距今約2.5億年前就已經(jīng)出現(xiàn)，并不是在白堊紀(jì)突然出現(xiàn)的，裸子植物向被子植物的演變過程并非一蹴而就，而是一步步完成的。

“植物龐貝城”揭示煤是由什么植物形成的

被譽為“黑色的金子”的煤炭是由什么植物形成的？遠古森林的面貌是怎樣的？這些謎題的答案藏在“植物龐貝城”里。

“植物龐貝城”是位于內(nèi)蒙古烏達煤田的一片約3億年前的成煤沼澤森林，因一場大規(guī)模的火山活動，被火山灰沉降作用定格在原地。這種特異埋藏的保存方式與意大利龐貝古城頗為類似，故名“植物龐貝城”。從1997年至今，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所王軍研究員研究團隊一直在烏達煤田這片土地探索著關(guān)于“植物龐貝城”的眾多奧秘。

其中，有一個發(fā)現(xiàn)破解了困擾古植物學(xué)近百年的謎團：瓢葉目植物到底該歸于“生命樹”的什么位置？瓢葉目自20世紀(jì)30年代建立后，先后被科學(xué)家們認為是真蕨類、楔葉類、前裸子植物，或者獨立的分類單元——其確切的系統(tǒng)分類位置一直懸而未決。在“植物龐貝城”，研究團隊發(fā)現(xiàn)并描述了瓢葉目家族的新物種烏海擬齒葉，明確其具裸子植物木材解剖及孢子繁殖的特征，屬于典型的前裸子植物，揭示了孢子植物向種子植物演化進程中的重要環(huán)節(jié)，徹底解決了瓢葉目在生命演化樹中的位置。

“更重要的一點是，通過對‘植物龐貝城’的研究，我們知道了形成煤的遠古森林的模樣?，F(xiàn)在能夠看到的森林已經(jīng)和遠古森林存在很大的區(qū)別，經(jīng)過上億年的地質(zhì)活動，化石植物群落往往無法保存遠古森林里樹木之間的關(guān)系。而‘植物龐貝城’里的樹木在原地被火山灰埋藏了起來，那么我們將3億年前的古樹和森林進行復(fù)原，就知道了形成煤的森林原始面貌是怎樣的?！蓖踯娧芯繂T解釋道，對“植物龐貝城”的研究在廣義上能夠為現(xiàn)今全球氣候變暖、溫室效應(yīng)等問題，提供“回到地球深處”的答案。

科考發(fā)現(xiàn)青藏高原最古老的化石生物群

何為“埃迪卡拉化石”？這些化石又有什么古地理意義？在距今約5.75~5.39億年前的埃迪卡拉紀(jì)晚期，埃迪卡拉生物群是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)前夕全球分布范圍最廣的復(fù)雜生物群。其中包括多種類型的宏體軟軀體生物，沒有硬骨骼，有的趴在沉積物表面，有的在水體浮游。埃迪卡拉生物群研究不僅對理解早期動物演化具有重要意義，并且其不同的化石組合也能作為地層劃分與對比的標(biāo)志。

2020年7月，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團隊與北京大學(xué)、成都理工大學(xué)的聯(lián)合科考團隊在對青藏高原野外考察的過程中發(fā)現(xiàn)了典型埃迪卡拉化石。這是繼2011年該團隊在湖北三峽地區(qū)發(fā)現(xiàn)典型的埃迪卡拉生物群化石后的第二次，是我國西北地區(qū)的“首塊”。

發(fā)現(xiàn)埃迪卡拉化石的全吉山地區(qū)位于柴達木盆地，地貌干旱荒涼，少有植被覆蓋。中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所副研究員龐科回憶起青藏科考時感慨：“西北地區(qū)工作環(huán)境比較艱苦，全吉山地區(qū)山頂和山口的地方風(fēng)很大，但挖掘化石讓團隊成員都很興奮，樂在其中！”

一天中午吃飯時，研究團隊成員、中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員陳哲帶回了一塊非常類似埃迪卡拉化石的樣本，但成員們也未完全確認。下午，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究生吳承曦也帶回了一塊不到三厘米的小化石。龐科一看，“這就是典型的埃迪卡拉化石，是恰尼蟲”。隨后，研究團隊在柴達木盆地全吉山剖面皺節(jié)山組的紫紅色砂巖中發(fā)現(xiàn)了更多化石標(biāo)本。2021年10月，相關(guān)研究成果正式發(fā)表于國際知名地學(xué)類綜合期刊《地質(zhì)學(xué)》上，研究團隊將該化石組合命名為全吉山生物群。

中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員周傳明向記者介紹，此次在青藏高原發(fā)現(xiàn)的埃迪卡拉化石生物群與湖北三峽地區(qū)的化石生物群存在一定區(qū)別，“兩者是在不同的水體和底質(zhì)環(huán)境下生活和保存的，三峽地區(qū)水體相對較深，藻席發(fā)育，而全吉山的埃迪卡拉生物生活在相對淺水的環(huán)境。隨著后續(xù)工作的開展，我們會發(fā)現(xiàn)它們的生物組成面貌可能會有所不同”。

研究還發(fā)現(xiàn)，柴達木板塊在埃迪卡拉晚期可能處于華北板塊附近。華北板塊和柴達木板塊在埃迪卡拉晚期冰川的發(fā)育表明該時期兩個板塊很可能處于中-高緯度地區(qū)，而非此前被廣泛認為的低緯度地區(qū)。并且，柴達木盆地埃迪卡拉化石的研究對探討整個青藏高原的地質(zhì)發(fā)育史具有重要指示意義。

2021年度中國古生物學(xué)十大進展

1.解鎖東亞長時間尺度下古人群動態(tài)演變和適應(yīng)性基因演化；

2.化石證據(jù)揭示苔蘚動物門起源于寒武紀(jì)早期；

3.熱河哺乳形動物的挖掘趨同演化與脊柱的演化發(fā)育意義；

4.內(nèi)蒙古早白堊世新化石揭示被子植物起源之謎；

5.古生物脂類對不同古氣候因子的重建和示蹤；

6.晚古生代化石寶庫“植物龐貝城”系統(tǒng)研究；

7.雪球地球冰期結(jié)束后全球古海洋環(huán)境的精細刻畫；

8.古-中生代之交大氣CO2濃度升高與陸地生態(tài)系統(tǒng)擾動；

9.中國發(fā)現(xiàn)晚更新世一個新人種：龍人及其獨立第三演化支序；

10.青藏高原柴達木盆地典型埃迪卡拉化石的發(fā)現(xiàn)及其古地理意義。

責(zé)編：唐錦玲

來源：冷水江市融媒體中心