科研进展
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奥陶纪末大灭绝后复苏—辐射期全球腕足动物研究取得新成果生物大灭绝后新的演化阶段是动物群再次建群（repopulation）的关键基础所在。研究大灭绝后生物的复苏与辐射对揭示生物宏演化过程、规律和型式是一个不可缺少的环节。志留纪兰多维列世埃隆期（Aeronian）是奥陶纪末大灭绝后腕足动物的首次复苏－辐射期。最近，我所戎嘉余院士与英国自然历史博物馆Robin Cocks博士在国际地层古生物学刊物LETHAIA上合作发表了该时期全球海底占优势的腕足动物的综合研究，为该事件后的复苏-辐射早期研究提供了新的证据。
在对华南（SC）、阿瓦隆尼亚（A）、波罗迪卡（B）、劳伦（L）、西伯利亚（SB）、冈瓦纳及其他周缘许多小块体的埃隆期200余个腕足动物属进行系统分类、古生态和古地理分布分析的基础上，在相对可靠的地层对比的框架下，从全球视野观察，就不同阶元的多样性、分类组成、群落生态和古生物地理等四方面论述了奥陶纪末大灭绝后腕足动物的复苏－辐射早期的特征，得出了如下结论：1）与鲁丹期（大灭绝后残存期）“幸存分类单元”占优势不同，埃隆期腕足类多样性剧增，数量最多的4大类群（正形贝目、扭月贝目、无洞贝目和五房贝目）在组分变化上差异明显，后两目的属数分别递增为残存期的近2倍与4倍，而残存期占优势的前两者却递增有限，揭示了这次灭绝导致大类群发生“优势替代”的过程，而这一过程对古生代随后腕足动物的宏演化有着不同寻常的意义；2）埃隆期腕足动物产生了一大批新的类群（主要是超科级，如小嘴贝目、无窗贝目和石燕贝目等），这些类群后来在志留纪晚期和泥盆纪海域占据优势且广泛分布，成为古生代腕足动物演化的重要成员，是本期腕足动物辐射的重要标志；3）与残存期腕足动物生存范围较窄（多数为较浅水生境）不同，复苏－辐射早期全球腕足动物占据了更为广阔的生态位，如平底、礁相海域，并开始占领新的深水底域环境；4）采用数理统计方法，揭示了SC埃隆期腕足动物群所具备的强烈地方特色（如拥有大批土著属、无洞贝目在先、五房贝目跟进开始辐射、正形贝目等明显稀缺）、在古地理上相对隔离及与其他各区最疏远的亲缘关系，后者也可能与缺少深水动物群有关；5）亲缘关系指数显示，埃隆本文研究区域可分成两大组合，即SC和ABL；而SB的古生物地理数据与它们相似性较小，推测与古地理位置远近有关；SC与ABL在古地理位置上相距较远，腕足动物群相似性表明，西向的南北赤道环流是导致SC与ABL在腕足动物交流的主要通道。
论文相关信息：
Rong Jia Yu, Cocks L.R.M. 2014: Global diversity and endemism in Early Silurian (Aeronian) brachiopods. Lethaia, Vol. 47, pp. 77–106.132014-03 -
中国发现典型的埃迪卡拉生物群埃迪卡拉生物群（580-541百万年前）是“寒武纪大爆发”前夕埃迪卡拉纪最为独特的宏体化石生物群，它在早期宏体生物的演化过程中占有极为重要的位置。该生物群自1947年在澳大利亚首次发现以来，已在全世界大约30个地区发现，但长期以来，在中国一直未发现典型的埃迪卡拉生物群。
最近，我所陈哲、周传明研究员等在三峡地区灯影组的碳酸盐地层中发现了多种类型的埃迪卡拉生物群典型分子，总体面貌可以与纳米比亚、澳大利亚等世界其它地区的相比较。更为重要的是三峡地区所发现的埃迪卡拉化石产自海相碳酸盐中，而已知的世界其它地区产出的埃迪卡拉化石多以印痕或铸模形式保存在碎屑岩中。
新发现不仅拓展了埃迪卡拉生物群分子的地理分布和地层分布，也使埃迪卡拉生物群的生存空间拓展到了整个海洋。同时进一步表明它们是典型的海生宏体生物，从而否定了一些学者提出的埃迪卡拉生物群“陆生生物假说”。新发现还为探索埃迪卡拉生物群的一系列重要问题，包括取食方式、生态空间和底质竞争等，打开了一扇新窗口。
研究得到中国科学院、国家科技部和国家自然科学基金联合资助。
论文相关信息：Zhe Chen, Chuanming Zhou, Shuhai Xiao, Wei Wang, Chengguo Guan, Hong Hua & Xunlai Yuan. 2014. New Ediacara fossils preserved in marine limestone and their ecological implications. Scientific Reports. 4, 4180; DOI:10.1038/srep04180.062014-03 -
澄江动物群古蠕虫穴居行为研究取得新成果古蠕虫类（palaeoscolecdians）是早古生代海洋里一类常见的蠕形动物，在寒武纪、奥陶纪都比较繁盛。长期以来对古蠕虫的分类位置都存在疑问，近年来，越来越多的证据证实它们属于曳鳃动物。关于古蠕虫的研究更多集中于形态分类方面，对于其生活行为方式知之甚少。一些作者认为古蠕虫类在底表生活，还有一些作者认为古蠕虫营底内潜穴生活，这些潜穴是简单的钻孔还是独立的管状居室也无证据。
早在2005年，我所黄迪颖研究员就提出一些古蠕虫（环饰蠕虫、马房古蠕虫）居住在它们自行构筑的虫管中。后来，国内外一些学者也发表了相关成果，发现帽天山虫生活在虫管中。经过对这些作者发表的图版及模式标本的仔细对比，发现这些所谓的帽天山虫实际为两种蠕虫，即环饰蠕虫和马房古蠕虫，而管居的帽天山虫还未发现。帽天山虫、环饰蠕虫、马房古蠕虫是澄江动物群中最常见的三类蠕形动物，但它们的生活区域有所差别。
根据发现于澄江动物群多个化石点的大量保存管状居室的古蠕虫类标本，黄迪颖研究员等对这些管状物与蠕虫的关系进行了深入的讨论，并辨别出环饰蠕虫和马房古蠕虫虫管的差异，进而推测了它们的建造和埋藏方式。这样的筑管行为在现代曳鳃动物中仍有代表。此外，通过对两种蠕虫行为学的探讨发现，环饰蠕虫依靠身体两侧成列的小骨片呈叠瓦状错动帮助虫体爬行，而马房古蠕虫的爬行方式虽然不甚清楚，但它们在居管中应该是靠蛇形蠕动进退的。
相关研究成果于近期发表在国际著名学术刊物《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）。本项研究得到中国科学院重点部署项目、国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金联合资助。
论文相关信息：Huang Diying, Chen Junyuan, Zhu Maoyan, Zhao Fangchen, 2013: The burrow dwelling behavior and locomotion of palaeoscolecidian worms: New fossil evidence from the Cambrian Chengjiang fauna. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 398: 154-164.
042014-03 -
辽西侏罗纪紫萁科植物化石研究取得新发现紫萁科植物的矿化根茎化石因保存有大量解剖构造和系统发育信息而备受关注，对深入研究真蕨植物多样性特征以及起源演化具有不可替代的重要意义。近年来，我所王永栋研究团队对产自辽西中侏罗统保存有解剖构造的紫萁科矿化根茎标本进行了系统研究。继2013年报道具有同质硬化环的北票阿氏茎（Ashicaulis beipiaoensis）之后，该团队又在相同产地和层位发现了另一种新的紫萁科根茎化石—似普拉姆阿氏茎（Ashicaulis plumites sp. nov.）。最近，国际著名学术刊物《植物研究杂志》发表了这项由王永栋研究员和我所毕业的田宁博士等团队成员完成的最新研究成果。
该化石标本保存为近圆柱状的矿化根茎，由髓、木质部圆筒、皮层及叶柄基外套组成。髓部同质，木质部圆筒由近20个木质部束组成，原生木质部丛为中始式，外韧网管中柱，具明显完整叶隙；具有分内、外两部分皮层和不定根。该种化石具有典型的异质叶柄基硬化环，其硬化环远轴端具厚壁纤维带。值得关注的是，目前全球已知紫萁科Ashicaulis属具异质硬化环的种迄今共发现6个（含该新种在内）。其中有4个种报道于中国辽西地区，而其它均产于南半球且多以同质硬化环为典型特征，因而中国辽西的化石显示了一定的地域性特征。该新种另一显著特征是其叶柄基维管束凹面内具有一特化的厚壁组织块，其近轴端存在显著突起，在叶柄基末端其横切面呈伞状或蘑菇状。这一特征与产自北美古新统的普拉姆紫萁Osmunda pluma Miller颇为一致，二者在其它解剖特征上亦存在诸多相似之处，显示出它们具有较近的系统学亲缘关系。该新材料的发现进一步丰富了我国中生代紫萁科根茎化石的属种类型多样性，为探究紫萁科植物的宏演化过程提供了新的化石证据。
本项研究得到国家重点基础发展计划项目、国家自然科学基金项目、中科院知识创新交叉合作团队项目等共同资助。
论文相关信息：Tian, N., Wang, Y.D.*, Philippe, M., Zhang, W., Jiang, Z.K., Li L.Q., 2014. A specialized new species of Ashicaulis (Osmundaceae, Filicales) from the Jurassic of Liaoning, NE China. Journal of Plant Research, 127: 209-219 (* corresponding author).272014-02 -
埃迪卡拉纪早期古海洋环境研究取得新进展一般认为，富含有机质和黄铁矿的黑色页岩沉积于缺氧甚至是硫化的水体环境中，前人关于华南埃迪卡拉系陡山沱组黑色页岩的地球化学研究也得出了相似的结论。但是，富含有机质的沉积物沉积速率一般较低，因此，根据黑色页岩全岩分析得出的数据可能反映了一段时间的混合值（>数千年），其间如果发生了古环境（如氧化还原条件）的变化，这些变化在全岩的分析数据中则得不到显示。
皖南地区埃迪卡拉系蓝田组黑色页岩微层纹发育，富含有机质和黄铁矿。蓝田组二段的黑色页岩中产出大量原地保存、营底栖固着生活的宏体多细胞生物化石—蓝田生物群（Yuan et al., 2011, Nature）。蓝田生物群由形态复杂、类型多样的宏体藻类和动物组成，这些宏体多细胞生物在新陈代谢过程中需要游离氧，因此指示了在埃迪卡拉纪早期，蓝田盆地的底层水体至少是阶段性含氧的。
最近，我所关成国博士研究生和周传明研究员等人系统开展了蓝田组黑色页岩毫米级微层的草莓状黄铁矿粒径统计分析。结果表明，草莓状黄铁矿粒径在微层级别上发生了较为显著的变化，表明黑色页岩沉积时的古氧化还原条件在缺氧硫化和贫氧/氧化之间发生了频繁的快速转换。氧化还原环境的转变与蓝田生物群的繁盛及其死亡和埋藏保存相一致，即蓝田生物群生活在氧化水体中，而当水体转变为缺氧、甚至硫化时，营底栖固着生活的宏体生物则发生死亡并被保存为化石。研究同时发现，蓝田生物群产出层位的黑色页岩手标本和微层样品的氧化还原敏感元素（如Mo、U、V等）的含量均较低，并且没有表现出显著的微层级别上的波动，表明这些元素主要受控于它们在海水中的含量，与局部的氧化还原环境变化无关。
本研究不仅使我们对蓝田生物群的古环境背景有了一个新的认识，同时对今后研究黑色页岩沉积的古氧化还原条件具有指示意义。相关成果于近期在Precambrian Research发表。
论文相关信息：Guan Chengguo, Zhou Chuanming*, Wang Wei, Wan Bin, Yuan Xunlai, Chen Zhe, 2014. Fluctuation of shelf basin redox conditions in the early Ediacaran: Evidence from Lantian Formation black shales in South China. Precambrian Research, 245: 1-12.242014-02 -
埃迪卡拉纪重要标准化石的古生态学研究取得新进展Cloudina是新元古代末期全球广泛分布的一类锥管状化石，目前已经成为埃迪卡拉纪地层划分和对比的重要标准化石之一。过去在纳米比亚、加拿大、巴拉圭等地发现了原地或准原地保存的Cloudina，来自这些产地的Cloudina与各种各样的叠层石大量富集保存在一起，相关研究表明Cloudina生活在叠层石发育的浅水碳酸盐岩环境中并且极有可能就用管体的封闭端固着生活在叠层石表面或者叠层石内部。
最近，我所博士后蔡耀平等人对华南埃迪卡拉系灯影组碳酸盐岩地层中的Cloudina化石材料开展了系统的埋藏学、形态学、古生态学研究。研究发现，陕南地区的Cloudina化石属于原地或准原地埋藏。大量的Cloudina化石与微生物沉积结构共同保存在一起，极少数情况下还发现了直立保存的Cloudina管体片段，这表明Cloudina可以生活在发育微生物席的平坦基底上。此外，通过对陕南地区另一剖面以磷酸盐化三维立体保存的Cloudina化石的管体生长形态进行系统观察之后发现，这些管体表现出多变的生长方向和复杂的弯曲形态。这很可能反映了这些固着生物对生态环境变化或物种间生态空间竞争而产生的响应。综合这些研究资料之后，作者认为陕南地区的Cloudina至少有三种固着生活方式：(1)管体封闭端固着到发育微生物席的碳酸盐岩基底上；(2)部分管体埋在基底中生活；(3)部分管体平躺在基底上+部分管体直立伸入水体中生长。
这些发现拓宽了我们对这些埃迪卡拉纪重要标准化石的古生态学信息的认识。而Cloudina多样化的生态环境和多样化的固着生活方式可能是它们的化石记录全球广泛分布的原因之一。
论文相关信息：Cai, Y., Hua, H., Schiffbauer, J.D., Sun, B., Yuan, X., 2014. Tube growth patterns and microbial mat-related lifestyles in the Ediacaran fossil Cloudina, Gaojiashan Lagerst？tte, South China. Gondwana Research, 25(3), 1008-1018.172014-02 -
研究发现六万年导致二叠纪末生物大灭绝二叠纪末生物大灭绝导致近95%的海洋生物和约75%的陆地生物灭绝，其灭绝模式和原因长期以来存在不同意见。美国麻省理工学院（MIT）的Samuel Bowring教授等与我所沈树忠研究员合作对浙江长兴煤山剖面的火山灰进行更加精细的高精度定年和碳同位素分析，结果表明在煤山剖面标志生物大灭绝开始的25层火山灰为251.941百万年，而标志大灭绝结束的28层火山灰为251.880百万年，大灭绝发生在大约6万年这一时间段内，远远快于以往的认识，是一次突发性的灭绝事件。与此同时，煤山剖面新的系列高精度年龄还为新的碳同位素变化曲线及其与西伯利亚大火成岩形成的关系提供了新的时间标尺，为解释二叠纪末生物的原因提供了新的依据。
该研究成果于近日发表在《美国科学院院报》（PNAS）。
论文相关信息：Seth D. Burgess, Samuel Bowring, Shu-zhong Shen, High-precision timeline for Earth’s most severe extinction. PNAS 2014 ; published ahead of print February 10, 2014, doi:10.1073/pnas.1317692111132014-02 -
白垩纪温室气候古大气CO2变化趋势研究取得新进展白垩纪是地质时期的典型温室气候时期并发生了若干重大生物和地质事件。CO2是显生宙气候变化的主要驱动力，白垩纪古大气CO2浓度变化的探究是国际地学领域关注的热点和前沿科学问题之一。
最近，国际地球科学著名学术刊物《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）发表了由我所王永栋研究员领衔完成的题为《白垩纪古大气CO2变化趋势与温室气候》(Paleo-CO2 variation trends and the Cretaceous greenhouse climate) 的最新研究论文。
该项成果由我所与国内四所大学共同完成。研究人员从全球角度出发，结合中国材料，采用古植物气孔指数、古土壤同位素并借助于地球化学模型等方法相互补充与印证，首次综合分析了早白垩世和晚白垩世各阶段古大气CO2浓度变化特征。根据分析结果提出，白垩纪在整体上CO2水平相对较高，但并非均一不变，而呈现出白垩纪早期较低、中期达到最高、到白垩纪晚期逐渐降低的变化趋势。这一结果不仅支持地球化学模型指示的整体CO2变化趋势，更为重要的是，研究人员还进一步识别出在白垩纪巴列姆–阿普替期(Barremian–Aptian)，赛诺曼–土伦期(Cenomanian–Turonian)，以及康尼阿克–坎潘期(Coniacian–Campanian) 出现了几次显著的CO2短期快速波动记录，部分波动的时间分辨率可达1个百万年尺度。
研究结果显示，大气CO2长期变化趋势和短期波动表明，白垩纪温室气候状态表现出短暂的不持续性，古气候并非之前所想象的那么稳定，而是发生了几次大规模快速气候扰动事件，并伴随着CO2浓度的短期波动变化。这些变化与白垩纪中期发生的三次大洋缺氧事件(OAEs)、赛诺曼–土伦期极热事件(Thermal Maximum)、白垩纪–古近纪界限事件(KTB)、超静磁带以及大型火成岩喷发等重大事件存在密切的耦合与因果关系。这项成果质疑了整个白垩纪期间气候温度均匀分布且呈现单一稳定温室状态的观点。
本项研究得到国家重点基础研究发展计划（973）、中国科学院科技创新交叉团队和国家自然科学基金等项目的支持。
论文相关信息：Wang YD, Huang CM, Sun BN, Quan C, Wu JY, Lin ZC, 2014. Paleo-CO2variation trends and the Cretaceous greenhouse climate. Earth-Science Reviews, 129:136-147222014-01 -
显生宙全球古气候研究取得新进展美国俄勒冈州立大学学者布科（A.J.Boucot)、我所陈旭院士、美国德州大学阿灵顿分校学者斯科梯司(C.R.Scotese)和英国学者莫勒(R.J.Morley)自1991年起开展显生宙全球古气候的研究，历时20余年，最终的英文专著“Phanerozoic Paleoclimate: An Atlas of Lithologic Indicators of Climate”（显生宙古气候：气候的岩石标志物图集）近日由美国沉积学会（Society for Sedimentary Geology, SEPM）出版。
这项研究仅在上世纪90年代获得过10万元的中国自然科学基金资助，曾在2001年由出版基金资助、科学出版社出版《中国古生代气候演变》，2009年由我所的现代古生物学和地层学国家重点实验室和出版基金资助出版了《显生宙全球古气候重建》，获得了国内地质界的广泛关注。此项研究也体现了一点，有时要想做一个大项目，就算没有大的经费支持，但只要能长期坚持不懈，同样能获得重要学术成果。
在英文专著中，著者建立和改进了全球显生宙80个地块的古地磁和气候敏感沉积物数据库，并依托于德州大学的古地理实验室绘制了寒武纪早期至中新世共28幅全球古气候重建图。与国内外其他基于数据库的专著不同的是，本书的著者坚持在书中公布所有的气候敏感沉积物数据库资料点，从而可以为各国同行建立同类数据库和开展同类研究提供方便。
这一专著充分展现了全球古气候纬向分布的基本规律，反映了显生宙全球古气候演变过程与冰盖凝聚和消散的关系，与联合大陆聚合与离散的关系，以及与全球几次重要的构造事件的对应关系。
专著相关信息：Boucot, A. J., Chen Xu, Scotese, C. R., Morley, R. J., 2013. Phanerozoic Paleoclimate: An Atlas of Lithologic Indicators of Climate. SEPM. 1-478 with 28 maps.062014-01 -
奥陶-志留纪之交笔石宏演化研究取得新进展生物大灭绝期间化石类群的宏演化一直是古生物学研究的热点之一。随着大数据集的应用和多种统计方法的引入，相关的研究不断深入并逐渐定量化和精细。华南广泛发育了奥陶-志留纪之交五峰组和龙马溪组的页岩沉积，其中的黑色页岩中产出世界上同期最为丰富的笔石动物群，且研究历史悠久，为奥陶纪末大灭绝前后笔石动物群的宏演化研究提供了良好的基础。
近期我所樊隽轩研究员等系统整理和厘定了华南奥陶-志留纪之交19条剖面的笔石化石产出记录，利用自主开发的定量地层学图形对比软件SinoCor 4.0，建立了笔石复合标准序列（composite standard sequence），并进一步通过地质时间校准建立了华南晚奥陶世凯迪中期至志留纪兰多维列世鲁丹中期的笔石多样性变化曲线。在本项研究中，他们还采用了另外一种定量地层学方法——水平层退火法（Horizon Annealing），对获得的笔石复合标准序列进行检验；同时还创新性地将稀疏化法（rarefaction）与图形对比方法结合起来，对多样性曲线进行采样强度（sampling intensity）的校正。
研究表明，奥陶纪末凯迪期笔石动物群的辐射事件，被两幕式的灭绝事件所打断。之后，经历了残存和复苏期后，至志留纪鲁丹早期（对应于 Parakidograptus acuminatus 带中部），笔石形成了新的一次辐射，但这一辐射事件很快被灭绝事件再次打断。
本项研究成果发表于国际地学期刊 Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology，是GBDB数据库项目的系列成果之一。
论文相关信息：Fan Junxuan, Chen Qing, Melchin M. J., Sheets H. D., Chen Zhongyang, Zhang Linna, Hou Xudong. 2013. Quantitative stratigraphy of the Wufeng and Lungmachi black shales and graptolite evolution during and after the Late Ordovician mass extinction. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 389: 96-114. http://dx.doi.org/10.1016/j.palaeo.2013.08.005232013-12