2022年度中国古生物学十大进展独家解读

　　在从鱼到人的演化过程中，颌（上颌和下巴）是什么时候出现、如何演化的？新疆作为亚欧多元文化交流的重要枢纽，五千年来新疆人群是如何变迁的？脊椎动物是何时起源的？
　　2023年3月17日，中国古生物学会在南京发布了2022年度中国古生物学十大进展。
　　青鸟新知为读者独家精要解读本次十大进展的要点与亮点。
　　No。1
　　化石宝库记录从鱼到人的演化关键环节
　　研究亮点：约4。4亿年前有颌鱼类化石揭示脊椎动物颌的起源与早期演化
　　我们的上颌和下巴可以统称为颌，在现在几乎所有的脊椎动物中都有类似的结构。颌的出现不单单是一块骨骼，更是跟鼻孔、牙齿、舌头、脖子等一系列器官的出现息息相关，是从鱼到人演化史上的关键一步。那么这个结构是最早是什么时间出现的呢？之前，科学家们对这个时间有过推测，但比找到的化石证据早了3000万年，这个时间差为什么会存在呢？或者只是我们还没有找到更早的有颌鱼类的化石？中国科学院古脊椎动物与古人类研究所领衔的科学家团队历过了多年野外考察，终于在重庆和湖南发现了两个4。4亿年前（志留纪兰多维列世）的有颌鱼类化石库。这一重大发现填补了有颌类的早期化石记录空白，揭示了当时有颌类的身体构型、牙齿发育等关键特征，大大推进了我们对颌的起源与早期演化的认识。
　　相关成果发表在《自然》（Nature）杂志上。
　　约4。4亿年前有颌鱼类复原（《自然》杂志封面）
　　No。2
　　寻根新疆
　　研究亮点：古DNA研究揭示五千年来新疆人群演化历史
　　新疆地处亚欧大陆交界，是丝绸之路上的重要枢纽，自古以来就是东西部文化、经济交流的重要枢纽，而不同族群在新疆的融合交流其实比丝绸之路更为久远。是谁最早来到了新疆地区？新疆的人群组成又是如何变迁的？为此，由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所牵头，国内多家科研单位倾力合作，开展了我国迄今最大规模的系统性古基因组研究。该团队从新疆阿勒泰、伊犁、喀什、和田等地区的39个遗址中，成功获取了201例古人类的基因组信息，样本的时间最早可以追溯到距今5043年，最晚距今仅515年。研究发现，新疆的人群从青铜时代早期就具有了多文化人群融合的特征，而进入铁器时代以后，其中的东亚成分比例和多样性显著增加。同时，研究还首次揭示了历史上新疆人群的发色、肤色和眼睛颜色变化，为探讨交汇区域人群的复杂性状和演化过程开辟了新的思路。
　　相关成果发表在《科学》（Science）杂志上。
　　不同历史时期的新疆人群构成
　　No。3
　　最古老的脊椎动物
　　研究亮点：新化石证据表明澄江动物群的云南虫为目前已知最古老的脊椎动物
　　脊椎动物的起源与演化是地球历史中最为壮丽的篇章之一，而其中，最神秘的莫过于谁是最早的脊椎动物。先前，科学家们认为最古老的是昆明鱼，这是一种发现于我国云南澄江、距今约5。18亿年前的早期脊索动物化石，它具有了典型脊椎动物特征。但同样在云南澄江，科学家们还发现了另一种有脊索的动物化石云南虫。云南虫具有诸多比昆明鱼更为原始的形态特征，但由于缺乏确凿的化石证据，科学家们始终不确定它究竟是不是更古老的脊椎动物。南京大学和中国科学院南京地质古生物研究所的科研人员利用一系列先进的技术手段，对127块云南虫标本进行了系统研究，发现其具有脊椎动物独有的、由细胞软骨构成的鳃弓，从而证实了云南虫属于原始脊椎动物。云南虫的七对鳃弓组成了一个篮状的支撑结构，揭示了脊椎动物最原始的头部咽颅骨骼形态。这一研究填补了动物演化过程中，从无脊椎到脊椎动物的重要缺环，为脊椎动物起源和早期演化提供了关键的证据支撑。
　　相关成果发表在《科学》（Science）杂志上。
　　云南虫生态复原图
　　No。4
　　小虫里有大乾坤
　　研究亮点：皱囊虫是早期蜕皮动物，而非最早的后口动物
　　皱囊虫化石是一种仅有毫米大小的化石，它具有一种独特的鳃孔结构，这种结构是后口动物（包括了现生的脊索动物、棘皮动物和半索动物）独有的，也因此曾被认为是最早的后口动物。然而，通过长安大学等国内外多家科研单位对皱囊虫的联合研究发现，所谓的‘鳃孔’实际上是化石形成过程中因磨损形成的假象，而并非生物结构。皱囊虫实际上更有可能是一种早期蜕皮动物。蜕皮动物的特征顾名思义，就是能够蜕掉几丁质表皮，典型代表包括了水熊虫、三叶虫、蜘蛛、昆虫等，它们的身体都像蠕虫一样的，或者在蠕虫一样的躯干上增加了对称的附肢，因此，科学家们先前认为，早期的蜕皮动物应该也具有蠕虫一样的形态。而这项关于皱囊虫的发现证明，早期蜕皮动物也可以具有囊形的形态，揭示了寒武纪早期蜕皮动物身体构型的多样性。
　　相关成果发表在《自然》（Nature）杂志上。
　　皱囊虫复原图（AC）与其分类位置（D）
　　No。5
　　长颈鹿为什么会有长脖子
　　研究亮点：化石证据证实求偶竞争是长颈鹿长脖子演化的直接驱动力
　　长颈鹿的脖子是怎么变长的？从进化论诞生以来，这一直是关于生命演化的经典论题。虽然拉马克和达尔文两位泰斗对长颈鹿的长脖子由来有着各自不同的理解，但一致认为它们脖子伸长的动力来源于对高处树叶的取食需求。但随着对长颈鹿行为的认识不断加深，人们发现长颈鹿的长脖子在求偶竞争中同样起着至关重要的作用。雄性长颈鹿为了争夺配偶，会甩动长长的脖颈，像甩出流星锤一样，用头部打击对手。我们早就发现了长颈鹿的长脖子在性选择过程中的作用，但这种打斗的方式是什么时候出现的？会不会真的对长颈鹿的演化产生影响？在这些问题上，科学家们一直找不到直接的化石证据。由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所领衔的国际合作团队研究了一块早期长颈鹿化石，对这些问题作出了解答。这种长颈鹿叫做獬豸盘角鹿，发现于新疆准噶尔盆地北缘，生活在约1700万年前的中新世早期。它的头顶具有一个扁平的圆盘状大角，颈椎也非常粗壮，并有动物界目前已知最为复杂的头颈及颈间关节。这些结构表明这种早期长颈鹿有非常激烈的碰撞行为，支持了求偶竞争让长颈鹿脖子变长的观点。此外，獬豸盘角鹿的发现也佐证了新疆北部是早期长颈鹿类的演化中心之一。
　　相关成果发表在《科学》（Science）杂志上。
　　长颈鹿类雄性斗争的对比，前景为獬豸盘角鹿，远景为长颈鹿
　　No。6
　　四万年前的多彩智慧生活
　　研究亮点：四万年前东亚人已经掌握颜料加工工艺和创新性复合工具的使用
　　人类的复杂文明是什么时候出现的？又是何时出现在了东亚呢？跟欧洲比哪个更早呢？为了解答这些问题，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、河北省文物考古研究院、中国科学院地质与地球物理研究所等国内外多家科研单位组成了一支联合科研团队，对华北泥河湾盆地距今约四万年前的下马碑古人类遗址进行了多学科综合系统研究。研究团队发现了我国乃至东亚地区目前已知最早的颜料加工和带柄的细小石器的使用证据，生动现了四万年前东亚人的日常生活画面。在遗址的西北角是颜料加工区，东边是火塘，火塘里有灰烬溢出，周边散落着石器，这些石器按照不同的功能被分开放置。下马碑遗址的发现打破了欧亚大陆西部人群的技术与文化发展要先于东亚地区这一传统观点，有力地说明两者不但是同步的，而且各有特色，反映了早期人类文明发展的多样化。
　　相关成果发表在《自然》（Nature）杂志上。
　　下马碑遗址考古发现的空间分布
　　No。7
　　中生代的昆虫相亲会
　　研究亮点：化石证据揭示中生代昆虫关键生态行为的演化
　　在现今的地球上，昆虫无疑是最重要的类群之一。它不仅物种数目庞大，而且在植物的授粉和散播种子等过程中扮演着重要的角色，是生态系统中不可或缺的一环。昆虫有着许多奇妙的行为，比如通过虫鸣传递信息、在交配时一大群聚集在一起飞行等等，昆虫的这些行为最早是什么时候出现的呢？为此，中科院南京地质古生物研究所和沈阳师范大学的合作研究团队基于化石发现，对中生代昆虫的关键生态行为进行了系统研究。研究团队在广西贺州发现了距今约1。8亿年的西湾生物群，其中保存了目前最古老的昆虫婚飞行为记录，堪称早侏罗世的昆虫相亲大会现场。此外，研究团队还原了恐龙时代的螽斯（俗称蝈蝈）声音，重建了虫鸣的在中生代的变化历程，也佐证了昆虫和早期哺乳动物的声学共演化假说。这些新的研究发现揭示了昆虫在中生代时期经历了重要的生态辐射演化，为理解现代陆地生态系统的形成提供了帮助。
　　相关成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。
　　中生代昆虫的生态复原图
　　No。8
　　世界首例老虎古基因组
　　研究亮点：古DNA解密消失的神秘老虎大安虎
　　2003年，在吉林省通化市大安镇的一处溶洞中发现了一块神秘的老虎下颌骨化石，被称为大安虎，距今超过43500年。现今地球上的老虎均来自同一个祖先种群，在约11万年的演化过程中逐渐形成了六个地理亚种东北虎、华南虎、印支虎、孟加拉虎、马来虎和苏门答腊虎。神秘的大安虎与现生的六种老虎有着怎样的亲缘关系？它是一种新的老虎吗？为了揭开大安虎的神秘面纱，中国地质大学（武汉）、吉林大学和丹麦哥本哈根大学合作，对大安虎下颌骨化石的古DNA进行了提取和测序工作，获得了世界首例古代老虎线粒体基因组及部分核基因组数据。通过与现生老虎对比分析，研究发现大安虎不同于任何现生老虎，属于此前未知、现已灭绝的一支老虎支系，这一支系与现生老虎的祖先在约26万年前就已分道扬镳。首例古代老虎基因组研究使得绝灭的老虎支系重见天日，揭示了单凭现生老虎遗传数据无法重建的演化历史，为全面探究老虎的演化提供了不可替代的分子化石依据。
　　相关成果发表在《英国皇家学会会刊B辑》（ProceedingsoftheRoyalSocietyB）杂志上。
　　大安虎下颌骨化石
　　No。9
　　二叠纪末生物大灭绝
　　研究亮点：大气二氧化碳含量变化揭秘二叠纪末生物大灭绝机制
　　距今约2。5亿年的二叠纪末生物大灭绝事件是地球历史上规模最大的一次生物绝灭，约81的海洋物种和89的陆地物种在这次事件中灭绝，谁是此次事件的幕后黑手？它又是怎样造成如此叹为观止的全球灾难的？为了解答这些问题，由北京大学、中国地质大学（武汉）、德州农工以及哈佛大学合作的国际科研团队通过测定化石叶绿素的生物标志化合物同位素，定量恢复了这一大灭绝时期的大气二氧化碳浓度和海洋初级生产群落变化。这一成果揭示了此次灭绝事件的过程：首先，海洋出现了富营养化并导致了缺氧，这些使得生物在原有栖息地无法生存，从而引发了第一幕灭绝，而随后出现的极热气候和生物体内二氧化碳水平的异常升高，进一步导致食物网的崩溃，引发了第二幕灭绝。此项研究首次高精度展示了二叠纪末大灭绝事件中生命与气候环境之间的演化关系，调和了过去不同灭绝机制假说之间的矛盾，为解答为何二叠纪末大灭绝事件是地球历史上生物灭绝之最奠定了基础。
　　相关成果发表在《自然地球科学》（NatureGeoscience）杂志上。
　　二叠纪末生物大灭绝时期大气二氧化碳浓度及古海洋初级生产力群落结构的演化
　　No。10
　　（并列）以史为鉴三亿年前的全球变暖事件
　　研究亮点：石炭纪晚期冰室气候下的一次巨量碳排放引发全球变暖与海洋缺氧
　　近百年来，尽管地球还处在冰室背景下，但温室气体的大量排放导致全球气温快速升高，造成两极冰川消融加剧，极端气候增多，全球生物多样性下降。全球变暖将会如何进一步发展？我们的地球家园将何去何从？我们难以预测未来，但在3。62。8亿年前的晚古生代大冰期中，类似的气候变化就曾经出现过，这一过程被记录在了我国贵州罗甸的石炭系地层当中，为我们找寻当今气候变化的出路提供了线索。由中国科学院南京地质古生物研究所、南京大学、美国加州大学戴维斯分校等多家单位组成的联合科研团队，通过对碳酸盐岩的同位素和主微量元素进行系统分析和数据模拟，首次发现了在3亿年前存在一次巨量的碳排放，引起表层海水温度升高约4，全球海洋缺氧面积扩张至约20，海洋生物多样性显著下降。这一发现再次给我们敲响警钟：落实双碳计划势在必行。
　　相关成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。
　　石炭纪晚期巨量碳排放事件的地球化学指标和生物多样性变化
　　No。10
　　（并列）两亿年前的火山爆发引发全球剧变
　　研究亮点：阐明三叠纪侏罗纪之交火山作用对全球陆地生态系统的影响
　　不论是无夏之年，还是庞贝古城，火山爆发往往会对当地乃至全球造成一系列灾难性的后果。而在地质历史时期中，大型火山喷发的规模和影响更是远超我们的想象，比如发生在距今约2亿年的中大西洋火成岩省喷发事件。这一事件发生在三叠纪与侏罗纪之交，曾引发了强烈的气候环境波动，进而导致了三叠纪末生物大灭绝。然而，火山活动究竟是如何一步步使得环境恶化的？远离火山的地方又是否能逃过一劫？由中国地质大学（武汉）、中国科学院南京古生物研究所等组成的科研团队对此采用多种方法进行了系统分析。他们选择了当时远离火山喷发区域的两个剖面，分别位于当时的高纬度地区（新疆郝家沟）和中低纬度地区（四川宣汉），发现这一火山事件对远离喷发的地区也有显著影响，造成了汞和碳元素循环的巨大波动，表明三叠纪侏罗纪之交的火山活动具有全球效应。这一研究成果详细揭示了2亿年前的火山喷发是如何影响了全球陆地生态系统，进而导致了当时的生物衰退和灭绝。
　　相关成果发表在《自然通讯》（NatureCommunications）和《地质学杂志》（GeologicalJournal）杂志上。
　　三叠纪末古地理图显示了中大西洋火成岩省和研究剖面的地理分布
　　【作者】杨子潇南京大学地质学博士，爱尔兰科克大学博士后，主要从事对燕辽生物群和热河生物群的古脊椎动物学、埋藏学和沉积学研究。
　　END
　　文稿杨子潇
　　供图中国古生物学会、中国科学院南京地质古生物研究所
　　编辑姚远赵莹莹
　　排版姚远赵金鑫（实习）