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被子植物演化和水循环

科学通报 2023年第12期68卷 1487-1500页

作者：史恭乐中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院生物演化与环境卓越创新中心南京210008

陆地植物的蒸腾作用将部分降水再循环到大气中,是陆地水循环非常重要的一个环节.地质历史中陆地植物的形态和解剖结构不断演化,其蒸腾作用能力也在不断演化.现代陆地生态系统中占优势的被子植物具有导水性较强的导管和较高的叶片叶脉密... 详细信息

陆地植物的蒸腾作用将部分降水再循环到大气中,是陆地水循环非常重要的一个环节.地质历史中陆地植物的形态和解剖结构不断演化,其蒸腾作用能力也在不断演化.现代陆地生态系统中占优势的被子植物具有导水性较强的导管和较高的叶片叶脉密度,使得它们在水分运输效率和蒸腾作用能力方面远高于其他现生和已灭绝的植物.早白垩世早-中期被子植物演化的最初阶段其叶脉密度较小,与其他现生和已灭绝植物的叶脉密度相近.但在白垩纪中期和白垩纪-古近纪之交被子植物经历了两次叶脉密度的显著增加,代表了两次被子植物蒸腾作用能力的显著提高.单穿孔板导管的出现和叶片叶脉密度的增加显著提高了被子植物的导水率、蒸腾能力和光合能力,进而增加了被子植物在生态系统中的竞争优势,并很有可能同时增加了水循环的活跃程度和降水量.利用被子植物化石可以重建古降水和古湿度等多个与水循环相关的气候指标.前人基于植物化石的研究发现,全球温暖的晚白垩世、古新世和始新世时期,现今为严寒荒漠的北极地区具有常年温凉湿润的海洋性气候和茂盛的温带森林.温暖的北冰洋和广布的森林导致了北极地区旺盛的水循环和较高的空气湿度,进而又有助于维持这一地区常年的温凉湿润气候.

关键词：被子植物蒸腾作用水循环导管叶脉密度叶相

贵州交榜留茶坡组化石组合特征及其生物地层学和演化意义

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古生物学报 2024年

作者：孙海静罗翠现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所

埃迪卡拉纪—寒武纪之交见证了地球—生命系统不同圈层的重大变革，是复杂多细胞生物演化的重要转折期。我国华南是开展相关研究的主要区域之一，但前人工作主要集中在化石材料丰富的浅水台地相区，深水区生物组成面貌尚未得到充分... 详细信息

埃迪卡拉纪—寒武纪之交见证了地球—生命系统不同圈层的重大变革，是复杂多细胞生物演化的重要转折期。我国华南是开展相关研究的主要区域之一，但前人工作主要集中在化石材料丰富的浅水台地相区，深水区生物组成面貌尚未得到充分认识。本研究对斜坡相区贵州交榜剖面的留茶坡组进行了详细研究，通过酸蚀和薄片观察发现了丰富的化石材料，包括: 海绵骨针、软舌螺、可能的原牙形类(? Protohertzina sp.)和织金钉类(? Zhijinites sp.)、球形疑源类、Megathrix longus，及不同类型的多细胞藻类，亲缘关系未定的Poratusiramus sp.、球形化石和形态多样的丝状、片状化石等。该化石组合属于寒武纪纽芬兰世幸运期，其中的骨骼化石以海绵骨针为主。化石组合中既有与浅水区共有分子，也有深水区特有类群，丰富了斜坡相区的化石记录，具有潜在的地层对比和演化意义。

关键词：骨骼化石有机质壁化石硅质岩深水相区寒武纪贵州

晚泥盆世-密西西比亚纪植物水循环与生物礁耦合演化

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科学通报 2023年第12期68卷 1473-1486页

作者：要乐黄璞陈波中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

古生代陆地植物的起源和繁盛,导致地表水文循环发生了显著变化,对地球表层系统产生了深远的影响.陆地植物一方面通过蒸腾作用增加地表降雨量,加剧了大陆硅酸盐风化作用和有机碳埋藏量;另一方面,通过地表径流将陆源营养元素带入海洋,导... 详细信息

古生代陆地植物的起源和繁盛,导致地表水文循环发生了显著变化,对地球表层系统产生了深远的影响.陆地植物一方面通过蒸腾作用增加地表降雨量,加剧了大陆硅酸盐风化作用和有机碳埋藏量;另一方面,通过地表径流将陆源营养元素带入海洋,导致海洋初级生产力提高、海水缺氧程度和有机碳埋藏量增加.在晚泥盆世–密西西比亚纪期间,陆地植物和海洋生物礁系统均发生了显著变化,可识别出3个耦合演化阶段:(1)晚泥盆世弗拉期–法门期(Frasnian–Famennian/F–F)转折期植物多样性和覆盖面积明显增加并向高纬度扩张,伴随Kellwasser生物灭绝事件和显生宙最大的层孔海绵-珊瑚礁系统崩溃;(2)泥盆纪–石炭纪(Devonian–Carboniferous/D–C)转折期种子植物多样性显著增加,伴随Hangenberg生物灭绝事件、层孔海绵-珊瑚礁消失以及密西西比亚纪早期后生动物礁缺失;(3)密西西比亚纪中–晚期(Middle–Late Mississippian/M–LM)种子植物科达类树木的丰度显著增加,伴随M–LM生物灭绝事件和珊瑚礁系统崩溃.种子植物不仅具有较深的根系,还可以克服对水分的依赖,从近岸湿润低地向内陆干旱高地扩张,进而加强陆地水文循环过程.泥盆纪–石炭纪陆地植物(尤其是种子植物)繁盛引发水文循环和硅酸盐风化作用增强,进而导致气候变冷、海水温度降低和缺氧程度加剧可能是控制海洋后生动物礁系统崩溃或消失的主要因素之一;此外,构造运动伴随的陆壳抬升和火山作用可以促进硅酸盐风化,进一步导致海洋环境恶化和生态系统崩溃.

关键词：种子植物水文循环后生动物礁缺氧气候变冷生物灭绝事件

云南寒武系下部红井哨组三叶虫云南马龙头虫(Malongocephalus yunnanensis)的软躯体构造

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古生物学报 2024年

作者：朱玉妍曾晗孙智新刘瑶赵方臣中国科学院大学现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所

三叶虫是古生代海洋中最引人注目的节肢动物之一，其外骨骼具有极高的多样性。相较于易于保存的矿化外骨骼，三叶虫的软躯体构造往往难以在化石记录中保存，这增加了三叶虫内部构造解剖和演化的研究难度。寒武纪布尔吉斯页岩型特异... 详细信息

三叶虫是古生代海洋中最引人注目的节肢动物之一，其外骨骼具有极高的多样性。相较于易于保存的矿化外骨骼，三叶虫的软躯体构造往往难以在化石记录中保存，这增加了三叶虫内部构造解剖和演化的研究难度。寒武纪布尔吉斯页岩型特异埋藏化石群中独特的保存条件使得三叶虫精细的软躯体构造得以保存，为解析三叶虫内部构造提供了材料。本文描述了来自云南昆明呈贡下庄剖面寒武系第二统第三阶红井哨组泥岩中产出的云南马龙头虫(Malongocephalus yunnanensis Zhang and Lin in Zhang et al.， 1980)的软躯体构造。标本展示了M. yunnanensis的触角至少有13个肢节，触角后附肢具有板片状的外肢。消化道分化为前肠、中肠和后肠，头部见三对消化腺。这是莱德利基虫目(Redlichiida)小阿贝得虫科(Abadiellidae)中软躯体构造的首次报道，丰富了寒武纪早期三叶虫的解剖学信息。本研究比较分析了莱德利基虫目的触角相对长度差异，对三叶虫的消化系统构造进行了讨论。

关键词：寒武系筇竹寺阶红井哨组三叶虫澄江动物群节肢动物

华南二叠纪紫松期——罗甸期（虫筳）类生物地层再研究

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地层学杂志 2023年 157-175页

作者：王玥汪泽坤黄兴中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院大学

二叠纪紫松期至罗甸期是晚古生代冰川从巅峰走向消融的转折期,精确的地层格架是研究全球气候变化及其影响的基础。华南二叠纪海相地层中（虫筳）类化石丰富,是该时期地层划分与对比的重要参考。受冰川影响,华南这一时期处于低水位期,沉... 详细信息

二叠纪紫松期至罗甸期是晚古生代冰川从巅峰走向消融的转折期,精确的地层格架是研究全球气候变化及其影响的基础。华南二叠纪海相地层中（虫筳）类化石丰富,是该时期地层划分与对比的重要参考。受冰川影响,华南这一时期处于低水位期,沉积相分异显著,（虫筳）类生物地层对比存在困难。为此,本文在现有研究的基础上,对这一时期常见（虫筳）类属种的地层分布进行了分析,包括Robustoschwagerina、Zellia、Eoparafusulina、Schwagerina cushmani、Darvasites、Chalaroschwagerina、Staffella、Pseudoendothyra和Nankinella等,以探究这些属种在地层划分和对比中的作用,并进一步对紫松阶至罗甸阶（虫筳）类化石带进行横向对比。其中,Pseudoschwagerina带和Sphaeroschwagerina带的地层延限基本相当,包括整个紫松阶,带化石在紫松阶下部和中部繁盛,而在紫松阶上部衰减;紫松阶顶部相当于萨克马尔期的地层在台地滩相发育Robustoschwagerina ziyunensis带,在其他地区与之相当的（虫筳）带为Eoparafusulina带或Pseudofusulina vulgaris-Laxifusulina iniqua带。隆林阶主要发育Pamirina带,与之相当的（虫筳）带为Pseudoendothyra discalis带、Chalaroschwagerina tumentis带及Pamirina chinlingensis带、Staffella moellerana带及Schwagerina cushmani带。罗甸阶上部的Misellina claudiae带在华南地区广泛发育,而在该带下部则发育有Pseudoendothyra discalis带、Staffella带、Schwagerina shaxianensis带和Brevaxina带等不同化石群。

关键词：（虫筳）类二叠系紫松期—罗甸期生物地层划分和对比华南

江西晚三叠世安源叶肢介属重要分类学特征的发现

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古生物学报 2023年第3期62卷 390-397页

作者：李罡现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所南京210008

通过扫描电镜重新研究产自江西省萍乡市安源镇三湾上三叠统安源群的近方形安源叶肢介(Anyuanestheria subquadrata Zhang and Chen in Zhang et al., 1976)的模式标本。电镜照相揭示了光学照相无法分辨的重要分类学新特征,其中包括壳瓣... 详细信息

通过扫描电镜重新研究产自江西省萍乡市安源镇三湾上三叠统安源群的近方形安源叶肢介(Anyuanestheria subquadrata Zhang and Chen in Zhang et al., 1976)的模式标本。电镜照相揭示了光学照相无法分辨的重要分类学新特征,其中包括壳瓣背部生长带上的多边形中–大网装饰,以及腹部生长带上的两种装饰类型:每条生长带上部为稀疏纤细的线脊装饰,每条生长带下部中–大网装饰装饰。网状装饰的特征是网壁纤细,网底平浅,印在外膜上表现为彼此濒临的多边形平台。基于以上观察,本文重新修订了安源叶肢介属壳面装饰特征。

关键词：化石叶肢介安源叶肢介属分类学上三叠统中国

新疆塔里木柯坪地区上奥陶统凯迪阶串管海绵类化石及其滤食选择性探讨

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古生物学报 2023年第2期62卷 260-270页

作者：王安琦李启剑那琳冯文谦毛颖颜李越现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所南京210008

奥陶纪是串管海绵早期演化的一个关键阶段,记录了该类群的首次大规模辐射演化事件(属级分类单元达15个)。然而,现有大部分奥陶系串管海绵的报道来自澳大利亚东部和北美等地,在中国至今仅发现了两个属,与前述地区相比研究程度偏低。早期... 详细信息

奥陶纪是串管海绵早期演化的一个关键阶段,记录了该类群的首次大规模辐射演化事件(属级分类单元达15个)。然而,现有大部分奥陶系串管海绵的报道来自澳大利亚东部和北美等地,在中国至今仅发现了两个属,与前述地区相比研究程度偏低。早期研究主要基于形态学特征对串管海绵进行系统分类描述,对其滤食策略知之甚少,因此制约了对此类海绵在奥陶纪底栖生态系统作用的相关探讨。本文系新疆塔里木柯坪地区奥陶纪串管海绵的首次系统古生物学报道,详细描述凯迪阶(上奥陶统)印干组中保存完好的阔室丛花海绵(Corymbospongia amplia)化石的形态学特征,并通过研究标本外壁微孔孔径的大小分布,探讨其滤食选择性。海绵外壁微孔孔径的分析表明:小型和微型浮游生物可能是其食物的主要来源,而多细胞浮游动物因个体尺寸大于海绵外壁微孔,不能被阔室丛花海绵捕获。本研究为奥陶纪串管海绵古生态学及其地球生物学意义的探讨提供了进一步的依据。

关键词：串管海绵高钙化海绵印干组塔里木板块系统古生物学

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早古生代海洋缺氧事件的地质记录与背景机制

科学通报 2022年第15期67卷 1644-1659页

作者：张俊鹏李超张元动中国科学院南京地质古生物研究所和生物演化与环境卓越中心现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

早古生代大气氧气含量呈现阶段性上升趋势,在志留纪达到并维持在现代水平(21%),但此期间海洋发生多期次的缺氧事件.尽管这些缺氧事件在规模上无法与中生代的大洋缺氧事件相比,但作为地球系统变化中重要的一环,却对早期海洋生态系统的演... 详细信息

早古生代大气氧气含量呈现阶段性上升趋势,在志留纪达到并维持在现代水平(21%),但此期间海洋发生多期次的缺氧事件.尽管这些缺氧事件在规模上无法与中生代的大洋缺氧事件相比,但作为地球系统变化中重要的一环,却对早期海洋生态系统的演化具有重要意义.海洋系统变化研究表明,缺氧事件在形成过程中主要受控于海洋水体循环、营养盐供应、地理地貌条件、气候与海平面变化等因素.不同于中生代的大洋缺氧事件,早古生代海洋生物泵效率增强时,同时还面临大气氧气含量上限变化的影响.衍生于现代缺氧沉积盆地和前寒武纪缺氧海洋模型的水体化学分层理念,对早古生代海洋缺氧事件同样适用.地质记录表明,早寒武世-晚志留世,海洋先后发生8次不同规模的缺氧事件,均可与全球识别的碳同位素漂移对比,并且常常伴随着不同规模的生物灭绝事件.因此,重建缺氧海水的分布范围及氧化还原结构,对研究早古生代海洋生态环境变化具有重要意义.同时,这些事件在纵向上表现出缺氧海底面积占比逐渐缩小的趋势,与同期大气氧气含量的长期爬升、二氧化碳含量的持续降低相吻合.海洋缺氧事件、生物灭绝事件及同期其他构造-气候变化等地质事件,共同构成早古生代地球系统变化的缩影,同时也成为探究地质历史时期重大环境突变与生物演化关系的一个重要窗口.

关键词：早古生代大气O_(2)含量海洋缺氧事件氧化还原条件生物地质事件

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氧同位素在古温度重建及水循环研究中的应用

科学通报 2023年第12期68卷 1528-1543页

作者：陈波朱茂炎中国科学院南京地质古生物研究所生物演化与环境卓越中心现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

适宜的温度是宜居地球最基本的要素之一.地质历史时期海水温度演变规律成为揭示地球气候变化和生物演化的关键环境参数.目前,恢复深时古海水温度最常用的技术手段是碳酸盐和磷酸盐矿物化石骨骼的氧同位素组成.但该方法面临成岩蚀变、化... 详细信息

适宜的温度是宜居地球最基本的要素之一.地质历史时期海水温度演变规律成为揭示地球气候变化和生物演化的关键环境参数.目前,恢复深时古海水温度最常用的技术手段是碳酸盐和磷酸盐矿物化石骨骼的氧同位素组成.但该方法面临成岩蚀变、化石属种的生命效应、区域性海水氧同位素组成差异、海水氧同位素组成是否随时间发生变化等诸多不确定性因素的影响.本文在回顾深时氧同位素古温度计基本原理的基础上,详细评估了成岩蚀变、生命效应、区域性海水同位素组成等不确定性因素对准确重建深时古温度的制约和解决方法;同时,还对应用氧同位素指标开展深时地表和深部水循环研究中的进展与存在的问题进行了探讨.

关键词：碳酸盐化石磷酸盐化石岩石圈水圈深部水循环表层水循环