来自 科技前沿 2019-09-23 15:32 的文章
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南京古生物所在张家界陡山沱组地层发现大型带

Sinotubulites是埃迪卡拉纪晚期的一类直管状化石。它最早发现和命名于我国湖北三峡地区,后来在美国、墨西哥相继被发现,最近在西班牙也发现了该类化石。越来越多的化石产地表明该类化石具有广泛的古地理分布。因此,它能为埃迪卡拉系的划分和对比提供重要依据,从而成为继新元古代末期最早骨骼生物Cloudina之外的又一类重要标准化石。

新元古代大冰期前的有机质壁微体化石是研究真核生物起源和早期真核生物的重要材料,它们也为该时期地层的划分与对比提供了重要的生物地层学依据。最近,中国科学院南京地质古生物研究所研究员袁训来领导的早期生命研究团队对我国山西永济古-中元古代汝阳群和华北地台新元古代沟后组中的有机质壁微体化石进行了深入研究,取得了系列新进展。

距今约6.35亿年前,地球从全球冰封的“雪球地球”事件中解冻,开启了一个新的地质时代——埃迪卡拉纪。在埃迪卡拉纪,由于“雪球”事件而演化停滞的真核生物迅速复苏并辐射。最早出现的主要生物类型是具有机质壁、表面发育复杂装饰的大型带刺疑源类(Doushantuo-Pertatatatka acritarchs, DPAs)。了解大型带刺疑源类的空间和时间分布及其与埃迪卡拉纪其他生物类型和地质事件的关系,对探讨埃迪卡拉纪生物与环境的协同演化有着重要意义。

以前报道的Sinotubulites化石,由于保存相对较差,难以对其完整的管体形态和属种多样性开展更深入的研究。我国上扬子区陕西宁强境内的埃迪卡拉系灯影组碳酸盐岩地层中保存了大量精度很高的Sinotubulites化石,为复原它们的形态特征以及形态类型的多样性提供了直接证据。

团队成员南京古生物所庞科和美国弗吉尼亚理工大学博士研究生唐卿等人,在我国山西永济古-中元古代汝阳群的页岩中报道了3种新发现的微体化石。综合利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对汝阳群中已知最可靠、最古老的真核生物化石之一Valeria lophostriata进行了微细结构的观察首次利用生物力学分析的方法对这一微体化石进行了形态功能学研究。V. lophostriata的形态可以恢复成一个球形的膜壳,在膜壳的两个半球上分布着像纬线一样的同心状纹饰。这些纹饰的形成可以用Belousov-Zhabotinsky反应模型或者Turing反应-扩散模型来解释。该研究利用“薄壁球形压力容器”模型对V. lophostriata进行了生物力学分析,发现这些同心状纹饰作用是引导膜壳以中裂的方式进行脱囊开口。这是一种生物编程的过程,使得V. lophostriata能够在固定的位置开裂以释放原生质体。该研究为探讨早期单细胞真核生物的功能形态和生活周期提供了重要的证据,同时也为微体化石的研究提供了一个新思路,不仅要关注化石的形态和种类的多样性,而且要更深入地研究它们的形态功能。

华南的埃迪卡拉系陡山沱组保存了连续完整的埃迪卡拉纪早–中期地质记录,产出大量的大型带刺疑源类化石,是全球埃迪卡拉纪古生物与地层学研究的热点。过去对陡山沱组大型带刺疑源类的研究主要集中于台内盆地环境下的宜昌三峡地区和台地边缘的贵州瓮安地区,已经发表的资料显示这些大型带刺疑源类在一次全球性碳同位素负漂移事件之前消失,这一特征与世界其他地区一致,因而EN3所代表的古环境变化长期被认为是大型带刺疑源类灭绝的可能原因之一。然而,来自世界其他地区的一些最新研究暗示了不同的可能性。

最近,中国科学院南京地质古生物研究所博士后、西北大学副教授蔡耀平等人对华南埃迪卡拉系灯影组碳酸盐岩地层中的Sinotubulites化石材料开展了详细的系统古生物学研究。该项研究以陕南地区的化石标本为主,同时结合湖北三峡地区的化石材料,对前人在全世界范围内报道和描述的所有Sinotubulites化石的分类做了重新评估和厘定。根据新的化石材料,该研究描述了陕南地区发现的3个新种: S. triangularis n. sp.、S. pentacarinalis n. sp.、S. hexagonus n. sp.。这三个新种分别展示出三辐射、五辐射、六辐射的管体对称结构。这些发现丰富了科学家对这类重要潜在标准化石的形态多样性的认识,同时对前寒武纪–寒武纪过渡时期动物体型的对称性演化提供了重要的化石证据。

此外,唐卿、庞科等人利用改进的疑源类分析方法,在我国淮北地区新元古代沟后组页岩中发现了大量保存精美的有机质壁微体化石,其中包括一个新种Dictyosphaera tacita n. sp.和多种形态复杂的微体真核生物化石。虽然前人的研究普遍认为在沟后组及其上覆寒武纪早期的猴家山组之间存在着沉积间断,但是由于缺乏可信的精确定年数据,沟后组的沉积时代一直以来存在着比较大的争议,认为沟后组有可能是寒武纪、成冰纪-埃迪卡拉纪(~720 Ma至~540 Ma)或者拉伸纪(1000 Ma至~720 Ma)的沉积地层,因而对于这一沉积间断持续的时间也存在着不同的认识。本次研究在沟后组中发现了带刺疑源类Trachyhystrichosphaera aimika,该类化石仅出现在大冰期之前的新元古代早期地层中,是新元古代早期拉伸纪(Tonian,1000 Ma至~720 Ma)的标志性化石。此外,与T. aimika同时产出的其他真核生物微体化石,例如ValeriaDictyosphaera等,也都仅出现在新元古代大冰期之前的地层中。因此,该研究认为,沟后组的沉积时代应该属于大冰期之前新元古代早期的拉伸纪,表明沟后组与寒武系猴家山组之间存在着近2亿年的沉积间断。该研究为揭示新元古代大冰期前真核生物的多样性、论证徐淮地区前寒武纪地层时代提供了可靠的化石材料。

中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队长期开展华南陡山沱组微体化石的古生物学和生物地层学研究。近年来,南京古生物所博士研究生欧阳晴及其导师周传明等在湖南张家界地区一条连续的斜坡相陡山沱组剖面中发现了大量的燧石结核。薄片观察显示燧石结核中保存了包括5属8种大型带刺疑源类在内的多种微体化石。这些化石的发现表明,大型带刺疑源类的生存空间可以延伸到局限盆地以外的广海海域。更有意义的是,两个大型带刺疑源类层位出现在该剖面的一次碳同位素负漂移之上。通过对比该剖面与邻近剖面的地层序列以及碳同位素变化特征,结果显示大型带刺疑源类的层位已经延续到EN3之上。如果这一推测成立,未来将有可能在更多剖面的EN3层位之上发现大型带刺疑源类化石,甚至在同一剖面发现大型带刺疑源类化石和埃迪卡拉型宏体化石的共存现象,从而改变人们对埃迪卡拉纪真核生物演化进程的认识。

相关成果于近期发表于国际地学期刊《前寒武纪研究》(Precambrian Research)。

相关成果近期分别发表在国际地学期刊《远古世界》(Palaeoworld) 和《前寒武研究》(Precambrian Research)上。相关研究由国家自然科学基金、中科院重点部署项目和科技部重大基础研究计划联合资助。

上述发现于近期发表在《前寒武纪研究》(Precambrian Research)。该研究得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和“973”项目的资助。

论文相关信息:Cai, Y., Xiao, S., Hua, H., Yuan, X., 2015. New material of the biomineralizing tubular fossil Sinotubulites from the late Ediacaran Dengying Formation, South China. Precambrian Research, 261, 12-24.

论文相关信息:

论文信息:Ouyang, Q., Guan, C., Zhou, C.*, Xiao, S., 2017, Acanthomorphic acritarchs of the Doushantuo Formation from an upper slope section in northwestern Hunan Province, South China, with implications for early–middle Ediacaran biostratigraphy. Precambrian Research, 298: 512–529.

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