2016年04月08日 星期五

要闻简讯

一个老牌实验室的坚守与创新

来源:中国自然资源报 作者:周飞飞 发布时间:2020-01-19

 

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八臂仙母虫化石

 

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八臂仙母虫复原图

 

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埃迪卡拉系—寒武系界线处存在过渡性化石群

 

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孙氏振元龙化石

 

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孙氏振元龙复原图

 

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中华贝贝龙

 

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侯鸿飞(左三)带领的国际科研团队在广西柳州碰冲剖面确立了一枚石炭纪“金钉子”。

  不久前,中国地质科学院地质研究所的地层与古生物实验室正式通过验收,成为自然资源部重点实验室。这也是我国地质调查系统目前唯一聚焦生命历史与地层定年、服务自然资源管理的部级重点实验室。在国内多家古生物专业研究机构中,这一重点实验室的学术特色是什么,获得了哪些具有国际影响力的科研成果?近日,记者前往该实验室一探究竟
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01紧跟地质改革步伐  瞄准国际科学前沿

在漫长的地质历史中,形形色色的生命在地球舞台不断地登台谢幕。“古生物化石是这些生命留下的宝贵‘文字记录’,各类岩石堆叠形成的地层则是保存这些特殊文字的‘书卷’。而我们的使命,就是读懂这部特殊的地质史书,解密生命演化波澜壮阔的历史,探索地球环境的演变过程。”自然资源部地层与古生物重点实验室主任刘鹏举对记者说。

地质所地层与古生物实验室创立于1956年,地质界赫赫有名的许杰院士、孙云铸院士都曾在此工作。悠久的历史和深厚的底蕴,为实验室发展积淀了肥沃的科研土壤。在新中国经济建设早期,实验室就致力于为摸清我国地质矿产家底提供基础支撑,在全国范围内开展了大量的地层古生物调查工作,成为中国最大规模的地层与古生物研究中心之一。

尽管岁月几经变迁,但科学精神薪火相传,实验室始终保持着自身优势和特色,在地层和古生物基础研究领域默默耕耘。部重点实验室建设期间,面向国家自然资源管理需求,该实验室不断优化调整研究方向。目前已初步构建了一支以中青年骨干为主、具有国际领先水平的科研队伍,协同开展多门类无脊椎化石、恐龙和鸟类等脊椎动物化石、古植物研究,并将成果广泛应用于地层年代确定、古地理环境重建等多个方面。近年,有7人先后在国际地层委员会成冰系分会、埃迪卡拉系分会、石炭系分会、三叠系分会,世界地质图委员会南亚和东亚分会,联合国教科文组织世界地质公园理事会,亚洲恐龙协会等多个国际学术组织任职。实验室的科研能力和国际学术地位由此可见一斑。

当前,实验室凝聚形成了三个核心研究团队:一是刘鹏举研究员领衔的埃迪卡拉纪—寒武纪早期古生物学与地层学(早期生命起源与演化)研究团队;二是以姬书安研究员为首的陆生古脊椎动物研究团队;三是金小赤研究员率领的晚古生代古地理研究团队。“这三个研究团队学术水平处于国内领先,部分领域位于国际最前沿。近些年,在演化生物学、生物地层学、地质年代学、古地理学、化石埋藏学等领域均取得了大量的研究进展。”刘鹏举说。

02聚焦埃迪卡拉纪微体化石 揭示早期生命演化

刘鹏举是中国古生物学会化石藻类专业委员会副主任,专门从事埃迪卡拉纪早期生命起源与演化及地层学研究。

他告诉记者,自己研究的化石类别有点特殊,不仅没有恐龙那样高大威猛的外貌,而且连肉眼都无法看到——这就是微体化石。

微体化石一般在毫米甚至微米级别大小,必须借助显微镜观察、研究。然而,就是这些来自远古的小家伙,却携带了丰富的地质信息,具有重要的理论意义和实用价值,可以用以了解远古生命丰富多彩的形式、确定岩石的年龄和恢复古地理环境。

湖北三峡地区是刘鹏举多年持续工作的化石宝库。

在峡东,他领导的团队与瑞士同行合作,发现了许多新的化石点位和大量化石新属种,揭示了目前世界上最为丰富的埃迪卡拉纪化石群之一,极大地丰富了埃迪卡拉纪微体生物群面貌。据此,划分的两个疑源类化石组合,以及“上部组合可以与澳大利亚埃迪卡拉纪复杂具刺疑源类组合相对比,澳大利亚缺失可与峡东地区下部组合相对比”的疑源类化石的新认识,得到了国际同行的认可。

还是在峡东地区,他还获得了新的锆石SHRIMP年龄614±7.6Ma,根据新的进展,提出了峡东地区埃迪卡拉系2统5阶的划分方案。2019年,他领导的科研团队根据全球性分布疑源类化石的产出层位,又综合提出了4个具有全球对比意义的微体化石带。这是目前最为详细的微体化石生物地层带的划分方案,为国际埃迪卡拉纪年代地层的细化提供了新的依据。

《物种起源》问世以来,多细胞动物的起源与演化一直是人类追索自身根本来源的重大命题。

在这一领域,实验室唐烽研究员联合瑞典科学家在贵州江口县翁会村发掘的5.6亿年前的“八臂仙母虫”堪称轰动古生物学界的明星。它出自埃迪卡拉系一个宏体碳质压膜化石群,呈椭圆盘形,八条螺旋状的悬臂形如太空中“仙女座大星云”。

以往我国发现的早期生命记录,几乎都是印模化石,相当于生命活动留下的“脚印”。而“八臂仙母虫”代表了迄今最早的多细胞动物的实体宏体化石,将水母类出现的最早记录从著名的早寒武世“寒武纪生命大爆发”推前了约3000万年。英国权威杂志《自然》刊登了题为《远古海洋水母撼动动物进化树》的专题评述。

埃迪卡拉纪—寒武纪过渡时期是后生动物演化的重要阶段。地学界的一个广泛认知是,在埃迪卡拉系—寒武系界线处发生过一次大规模的生物绝灭事件,导致几乎没有埃迪卡拉纪的生物延续到寒武纪早期。而实验室的杨犇博士,在我国云南东部、陕西南部和哈萨克斯坦等地发现了埃迪卡拉系—寒武系界线处存在过渡性化石群。该生物群既包含典型的埃迪卡拉纪的生物,如克劳德管等管状生物,也含有大量的寒武纪早期的小壳生物,如原牙形刺等。这是全球范围内首次报道的埃迪卡拉纪与寒武纪之间的过渡类型,揭示出两者界线处的生物灭绝的规模可能比以前所认识的要小,部分埃迪卡拉纪典型生物延续到了寒武纪早期。“这个发现,为进一步理解和探讨寒武纪生命大爆发,和重新审视前寒武系—寒武系界线的国际标准提供了新的材料。”刘鹏举说。

记者在实验室见到了年轻的杨犇博士,并作了进一步的了解。原来,国际地层委员会1992年将全球前寒武系—寒武系界线的标准确定在加拿大纽芬兰幸运角。在世界诸多“金钉子”当中,唯独这颗“金钉子”是根据遗迹化石确定的,限制了全球对比潜力。多年以来,重新寻找合适的全球层型候选剖面一直是国内外有关专家共同诉求。而杨犇等人基于新发现,在寒武系最下部建立了一个新的生物亚带,恰恰为该界线的重新修订提供了新的化石依据。

03立足古脊椎动物学科优势  新发现不断涌现

从公众认知的角度看,埃迪卡拉纪化石研究颇有些陌生,但与之相反,实验室古脊椎动物科研团队对中生代恐龙等大型脊椎动物化石研究的系列成果,可谓声名远播。这也是实验室身处国际前沿的特色优势。

实验室的季强研究员是国际古生物界的重量级人物,他和姬书安研究员共同研究的中华龙鸟有力地支持了鸟类恐龙起源的观点。在美国《国家地理》创刊110周年庆祝会上,时任美国总统克林顿手持封面印有尾羽龙复原图的《国家地理》杂志,热情称赞中华龙鸟、原始祖鸟和尾羽龙是20世纪最重要的科学发现之一。就在2019年“伟大历程辉煌成就——庆祝中华人民共和国成立70周年大型成就展”中,人们还看到了“中华龙鸟”的身影。其配文为:1996年8月,中国发现并命名了“中华龙鸟”化石,为国际古生物界作出了重大贡献。

“这是实验室季强研究团队多年前的一项重大科研成果。近几年,这一领域又有一系列新成果面世:翅膀很短不能飞行的孙氏振元龙、柴鸡一样大小的迷你豫龙、刚从蛋壳中孵化的中华贝贝龙等,极大地丰富了我国恐龙化石的宝库”,刘鹏举告诉记者,自2012年地层古生物学重点实验室进入建设期以来,该团队成员已在《科学》《自然通讯》《科学报告》等著名的刊物上发表了成果论文6篇。

孙氏振元龙,是一种大型长羽毛却并不具备飞翔能力的驰龙类恐龙,生活于1.25亿年前的早白垩世,也是目前发现的最大且具有类似鸟类翅膀的恐龙,其发现增加了早白垩世长羽恐龙的多样性。2015年7月16日,世界知名的《科学报告》刊登了相关成果,实验室的吕君昌研究员是这项研究的第一作者。

吕君昌,是实验室在恐龙领域,尤其是翼龙研究领域,有着闪亮成果的国际知名学者。然而,2018年10月,无情的病魔夺去了他年仅53岁的生命,为实验室和研究留下了巨大的损失和深深的遗憾。现在,他的两名学生接过了他的学术接力棒,在实验室的大力支持下,继续着老师未竟的事业。

就在几个月前,《Peer J》杂志发表了实验室的一项新成果:与丹麦哥本哈根大学等单位牵头的中外研究小组,在辽西地区发现一新的帆翼龙类化石,命名为吕氏努尔哈赤翼龙,以致敬吕君昌的卓越贡献。

吕君昌还是“中华贝贝龙”的主要研究者之一。

著名的“中华贝贝龙”化石产自河南西峡盆地上白垩统下部高沟组地层中,是一窝巨型长形蛋,蛋的长度可达45厘米,重约5千克,蛋巢直径约2~3米,一窝蛋大约有24枚以上,呈环状排列。经研究,它不仅是迄今世界上发现的最大恐龙蛋,而且是一种新种巨型窃蛋龙的胚胎。

有关恐龙及原始鸟类的发现还有很多。比如,中生代绝大部分的原始鸟类牙齿表面光滑,不具齿饰,而实验室青年学者王旭日在我国辽宁省首次发现了牙齿具有像恐龙牙齿一样褶皱构造的鸟类化石。在辽宁建昌发现的迄今最早(1.6亿年前侏罗纪)的保存最完整的多瘤齿兽类哺乳动物——欧亚皱纹齿兽,代表了与恐龙同时生活在地球上的一种娇小、敏捷的哺乳动物。它因牙齿具有瘤刺状结构得名,其发现对研究多瘤齿兽最早期的演化、食性分异、运动适应起源等具有重要科学意义。

04古地理研究服务社会  基础地质成果斐然

学以致用,回馈社会,是古生物人内心的情怀。利用化石的形态演化序列,可以准确标定地层年代,根据化石对生态环境的要求,还可以反演恢复地质时期的古地理环境,这些无论对地学理论研究,或是工业界自然资源勘查管理,都是不可或缺的。

晚古生代特提斯洋的古地理的重建工作,也一直是实验室的优势领域。特提斯洋是晚古生代时期分隔地球南北大陆的古海洋,深刻影响了当今欧亚大陆的地质格局和矿产资源分布背景。实验室金小赤研究员作为负责人,黄浩副研究员作为中方骨干,联合亚洲和欧洲的科学家,领导了国际地学计划IGCP-589项目,对特提斯洋的古地理格局开展精细重建。金小赤及其团队多次深入“世界屋脊”青藏高原,以及云南西部,开展生物地层学、沉积学、古地理学等多学科综合研究,黄浩专注于李四光先生提出的科化石的研究,一系列成果受到国内外学者关注。

所谓国际地学计划(IGCP),是由联合国教科文组织和国际地科联共同发起,旨在构建多国地质学者协同攻关重大地学问题的国际平台。依托IGCP-589项目“亚洲特提斯域的演化:成因、过程与结果”,亚洲特提斯域研究的国际合作与交流大大加强,成果陆续出版在4部国际SCI专辑中。作为副主编,金小赤还参与编辑出版了备受世界地质图委员会赞誉的1:500万亚洲地质图。

利用化石服务地层定年,是古生物工作最直接的应用,实验室在这一领域成果斐然。

一方面是确立石炭系内部的“金钉子”。“金钉子”是国际地层委员会划分对比地层的权威标准。侯鸿飞研究员联合比利时等多国科学家攻关,将石炭纪内部划分的一枚“金钉子”精准确立在广西柳州碰冲剖面,为我国获得第九枚“金钉子”;前寒武纪化石较少,是目前“金钉子”的“处女地”,刘鹏举深入剖析我国湖北宜昌的化石证据,提出了扎实的生物地层划分方案,其成果被国际地层委员会作为埃迪卡拉系划分标准的主要依据之一。

另一方面是完成新版《中国地层表》。中国地层表提供我国地层划分对比的最高标准,是地质科研工作,自然资源调查的必要前提。实验室姚建新研究员、高林志研究员等人联手中科院和高校科研人员,集中国地层研究之大成,为2014年正式发表的新版《中国年代地层表》作出突出贡献。

05面向国家需求  未来无限精彩

谈到下一步工作,刘鹏举告诉记者,作为自然资源部重点实验室,应该更加凸显自然资源特色,面向地球科学前沿和国家需求,在理论创新、技术发展和服务地质调查方面开拓进取。立足新的平台,实验室将承担着新的使命与责任:

一是联手中国地质调查系统其他单位的古生物学与地层学人才,协同创新。如今实验室已与武汉地质调查中心等单位建立了战略伙伴关系,不断探索深化具有地调特色的地层与古生物工作,共同攻关地质调查中的疑难地层问题,解译重大生命演化事件。

二是保持现有优势领域的学术地位。继续在早期生命演化、中生代脊椎动物化石和晚古生代古地理重建等方面加大支持力度,着重培育年轻人员成长,以建设具有国际影响力的核心团队,力争产出一批高质量的研究成果。

三是信息化建设不断升级。在化石鉴定中心网络平台、古生物标准化石云数据库建设的基础上,进一步与“地质云”相结合,完善信息化建设。

四是强化社会服务意识。积极投身科学普及,向社会大众宣传生命与地球环境演化、地层古生物应用价值等专业知识,联合地方政府开展化石资源的保护与开发。

可以看出,地层与古生物实验室是个充满科研热情和创新活力的集体。在自然资源部重点实验室这个新的平台上,每位成员都专注于各自的领域,创新进取,努力为这一古老的学科谱写着新的篇章。

  “我相信,在科学之路上,等待着我们的不仅是艰难跋涉,更有无限精彩。”刘鹏举充满信心地说。

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