“植物庞贝城”北部沼泽森林面貌复原。资料图片

利用分割显微断层扫描数据三维重建的内蒙古早白垩世具托斗种子植物。资料图片

  青藏高原地区5.5亿年前的生物长什么样？被子植物为何会“违背”达尔文进化论，在早白垩世突然大量出现？古人类是如何演化的……日前，中国古生物学会在江苏南京发布“2021年度中国古生物学十大进展”评选结果，这些谜题有了答案。

  本次入选成果由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院南京地质古生物研究所、北京大学、西北大学、中国地质大学（武汉）、河北地质大学等科研院所和高校领衔完成。“十大进展”从26项提名成果中选出，进展涉及自新元古代到第四纪的多个地质年代。

解答达尔文“讨厌之谜”

  被子植物在现今绝大多数陆地生态系统中占据了主导地位，与人类的衣食住密切相关，其起源和早期演化一直都是最为重要的科学问题之一。19世纪早期古植物学研究发现，被子植物（有花植物）化石在距今1亿多年的白垩纪地层中突然大量出现，这似乎与认为生物演化是渐进的进化论相悖，达尔文对此困惑不解，甚至称之为“讨厌之谜”。

  “讨厌之谜”的答案，藏在我国内蒙古东部的霍林河盆地一个特异植物群中。

  2017年夏日的一天，中国科学院南京地质古生物研究所史恭乐研究团队前往内蒙古霍林河盆地的扎哈淖尔露天煤矿，不过，他们的目标并非煤炭，而是另一种深褐色的“地质宝藏”——燧石。不久后，史恭乐团队在燧石中发现了大量保存完好的距今1.26亿年前的早白垩纪时期的植物化石，化石不仅完整地保存了植物器官的三维形态，还保存了植物体组织和细胞的细节信息，是古植物学研究的理想材料。

  研究团队运用传统的醋酸纤维膜撕片技术和先进的显微断层扫描（CT）技术重建了植物化石的三维外观形态和内部结构，并对这几百份保存完好的植物样本进行了比较形态学和解剖学分析。结果显示，来自内蒙古的植物化石和已经绝灭的盔籽植物的种子着生器官最为相似，其包裹种子的弯曲壳斗非常类似于被子植物中的外珠被。盔籽植物拥有开放的种子结构，却只有单层珠被，因此这类植物属于裸子植物，但与此同时，它们却有着和被子植物相似的特征。

  “被子植物的外珠皮类似于花生米外边的‘红衣’。”史恭乐研究员拿着一个3D打印的内蒙古早白垩世具托斗种子植物模型，向记者介绍道：“我们在内蒙古找到的植物不是被子植物本身，而是被子植物的近亲。”此项研究证明，被子植物的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现，并不是在白垩纪突然出现的，裸子植物向被子植物的演变过程并非一蹴而就，而是一步步完成的。

“植物庞贝城”揭示煤是由什么植物形成的

  被誉为“黑色的金子”的煤炭是由什么植物形成的？远古森林的面貌是怎样的？这些谜题的答案藏在“植物庞贝城”里。

  “植物庞贝城”是位于内蒙古乌达煤田的一片约3亿年前的成煤沼泽森林，因一场大规模的火山活动，被火山灰沉降作用定格在原地。这种特异埋藏的保存方式与意大利庞贝古城颇为类似，故名“植物庞贝城”。从1997年至今，中国科学院南京地质古生物研究所王军研究员研究团队一直在乌达煤田这片土地探索着关于“植物庞贝城”的众多奥秘。

  其中，有一个发现破解了困扰古植物学近百年的谜团：瓢叶目植物到底该归于“生命树”的什么位置？瓢叶目自20世纪30年代建立后，先后被科学家们认为是真蕨类、楔叶类、前裸子植物，或者独立的分类单元——其确切的系统分类位置一直悬而未决。在“植物庞贝城”，研究团队发现并描述了瓢叶目家族的新物种乌海拟齿叶，明确其具裸子植物木材解剖及孢子繁殖的特征，属于典型的前裸子植物，揭示了孢子植物向种子植物演化进程中的重要环节，彻底解决了瓢叶目在生命演化树中的位置。

  “更重要的一点是，通过对‘植物庞贝城’的研究，我们知道了形成煤的远古森林的模样。现在能够看到的森林已经和远古森林存在很大的区别，经过上亿年的地质活动，化石植物群落往往无法保存远古森林里树木之间的关系。而‘植物庞贝城’里的树木在原地被火山灰埋藏了起来，那么我们将3亿年前的古树和森林进行复原，就知道了形成煤的森林原始面貌是怎样的。”王军研究员解释道，对“植物庞贝城”的研究在广义上能够为现今全球气候变暖、温室效应等问题，提供“回到地球深处”的答案。

科考发现青藏高原最古老的化石生物群

  何为“埃迪卡拉化石”？这些化石又有什么古地理意义？在距今约5.75~5.39亿年前的埃迪卡拉纪晚期，埃迪卡拉生物群是寒武纪生命大爆发前夕全球分布范围最广的复杂生物群。其中包括多种类型的宏体软躯体生物，没有硬骨骼，有的趴在沉积物表面，有的在水体浮游。埃迪卡拉生物群研究不仅对理解早期动物演化具有重要意义，并且其不同的化石组合也能作为地层划分与对比的标志。

  2020年7月，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队与北京大学、成都理工大学的联合科考团队在对青藏高原野外考察的过程中发现了典型埃迪卡拉化石。这是继2011年该团队在湖北三峡地区发现典型的埃迪卡拉生物群化石后的第二次，是我国西北地区的“首块”。

  发现埃迪卡拉化石的全吉山地区位于柴达木盆地，地貌干旱荒凉，少有植被覆盖。中国科学院南京地质古生物研究所副研究员庞科回忆起青藏科考时感慨：“西北地区工作环境比较艰苦，全吉山地区山顶和山口的地方风很大，但挖掘化石让团队成员都很兴奋，乐在其中！”

  一天中午吃饭时，研究团队成员、中科院南京地质古生物研究所研究员陈哲带回了一块非常类似埃迪卡拉化石的样本，但成员们也未完全确认。下午，中国科学院南京地质古生物研究所研究生吴承曦也带回了一块不到三厘米的小化石。庞科一看，“这就是典型的埃迪卡拉化石，是恰尼虫”。随后，研究团队在柴达木盆地全吉山剖面皱节山组的紫红色砂岩中发现了更多化石标本。2021年10月，相关研究成果正式发表于国际知名地学类综合期刊《地质学》上，研究团队将该化石组合命名为全吉山生物群。

  中科院南京地质古生物研究所研究员周传明向记者介绍，此次在青藏高原发现的埃迪卡拉化石生物群与湖北三峡地区的化石生物群存在一定区别，“两者是在不同的水体和底质环境下生活和保存的，三峡地区水体相对较深，藻席发育，而全吉山的埃迪卡拉生物生活在相对浅水的环境。随着后续工作的开展，我们会发现它们的生物组成面貌可能会有所不同”。

  研究还发现，柴达木板块在埃迪卡拉晚期可能处于华北板块附近。华北板块和柴达木板块在埃迪卡拉晚期冰川的发育表明该时期两个板块很可能处于中-高纬度地区，而非此前被广泛认为的低纬度地区。并且，柴达木盆地埃迪卡拉化石的研究对探讨整个青藏高原的地质发育史具有重要指示意义。

  链接

2021年度中国古生物学十大进展

  1.解锁东亚长时间尺度下古人群动态演变和适应性基因演化；

  2.化石证据揭示苔藓动物门起源于寒武纪早期；

  3.热河哺乳形动物的挖掘趋同演化与脊柱的演化发育意义；

  4.内蒙古早白垩世新化石揭示被子植物起源之谜；

  5.古生物脂类对不同古气候因子的重建和示踪；

  6.晚古生代化石宝库“植物庞贝城”系统研究；

  7.雪球地球冰期结束后全球古海洋环境的精细刻画；

  8.古-中生代之交大气CO2浓度升高与陆地生态系统扰动；

  9.中国发现晚更新世一个新人种：龙人及其独立第三演化支序；

  10.青藏高原柴达木盆地典型埃迪卡拉化石的发现及其古地理意义。

  （本报记者 苏雁 本报通讯员 姬尊雨）