瓮安生物群与宽川铺生物群中球形类化石研究

通过对获自瓮安生物群与宽川铺生物群中大量球形类化石的系统研究,建立了便于交流和深入讨论的球形类化石形态分类方案,对各种类型的球形类化石进行了属性探讨,并按形态属描述球形类化石4个新类型(相当于形态属),8个新种类(相当于形态种)。研究表明球形类化石是一个多源的非正式生物类群,包括动物性和植物性球形类化石,具有丰富的研究内涵,对揭示早期生物的起源、演化、多样性及胚胎发育具有深远意义。

陕西省宁强县早寒武世宽川铺组具瘤突装饰的Olivooides-like胚胎化石新类型

早寒武世梅树村期小壳化石处于"寒武纪生命大爆发"的第一幕,对于揭示后生动物起源至关重要。对陕南宽川铺地区早寒武世早期宽川铺组第一个小壳化石组合带中发现的动物球状胚胎化石进行大量观察,发现了两枚Olivooides-like的新型动物胚胎化石。此类化石的胚胎表面并非Punctatus Emeiensis常见的密集分布的典型或非典型的尖刺状结构,而是呈基端具螺旋状环褶、末端较圆滑的锥状突起。新型动物卵的发现暗示了早寒武世梅树村期动物化石卵的多样性很可能发端于新元古代埃迪卡拉纪。

陕西宁强宽川铺磷矿地质特征

宽川铺磷矿赋矿层位为寒武系牛蹄塘组,岩性为含炭页岩、含硅质炭质页岩、含炭泥质粉砂岩、含炭泥质硅质岩。该磷矿为低品位磷矿,伴生丰富的稀土元素。矿体有两种:一种为以泥质磷块岩为主,伴生稀土(∑REE)平均品位为953.68×10^(-6),另一种为灰质磷块岩偶夹硅泥质磷块岩,伴生稀土(∑REE)平均品位为869.32×10^(-6)。伴生稀土重稀土大于轻稀土,重稀土占稀土总量50%以上。沉积环境为台地边缘潮坪相。

陕西省宁强县宽川铺磷块岩稀土矿特征初探

宽川铺磷矿为一低品位磷矿床,赋矿层位为寒武系牛蹄塘组第二岩性段第二岩性层。磷矿体主要分布在选将坪一带,选将坪以西为泥质及硅质鳞块岩,矿体平均厚1.77 m,P2O5品位11.03%~21.03%;选将坪东段为灰质磷块岩,矿层平均1.23 m,P2O5品位9.23%~15.5%。该磷矿富含稀土,选将坪以西泥质及硅质磷块岩伴生稀土(∑REE)平均品位为953.68×10^﹣6;选将坪以东灰质磷块岩偶夹硅泥质磷块岩,伴生稀土(∑REE)平均品位为869.32×10^﹣6。伴生稀土重稀土大于轻稀土,重稀土占稀土总量50%以上;以重稀土的钇(Y)为主,钇(Y)含量占稀土总量最高达48%。稀土与P2O5呈正相关关系;该矿磷块岩类型为泥质磷块岩、硅质磷块岩、灰质磷块岩,其中泥质磷块岩中稀土含量较高;对硅质磷块岩进行X衍射,发现其主要为石英和少量氟磷灰石。

陕南早寒武世宽川铺组磷块岩成岩作用与化石保存的关系初探

陕南早寒武世宽川铺组生物群已经报道了大量磷酸盐化的小壳动物及其胚胎化石。其中胚胎化石的内部结构已经是古生物学家分类的重要依据,但是此类磷酸盐化的成岩作用研究相当薄弱。利用激光共振拉曼光谱分析和阴极发光实验,发现构成化石主体的磷灰石局部经受明显成岩作用改造。初步探讨了陕南早寒武世宽川铺组磷块岩成岩期次与化石保存的关系。

陕西西乡寒武纪幸运期宽川铺生物群网格状微体化石埋藏学与生物属性研究

磷酸盐化保存是软躯体化石特异埋藏的一个重要途径,而微生物在软躯体磷酸盐化过程中可能发挥了重要作用。前人通过埋藏学实验发现,微生物会在动物胚胎等软躯体组织内部快速滋生,充填生物体内部空间,以微生物假形的方式复制了生物体的原始形态。但化石的磷酸盐化过程是否与埋藏学实验模拟的过程一致,目前仍有争议。本次研究在寒武纪早期宽川铺生物群中发现了一类网格状微体化石。此类化石的保存状态可以根据其中丝状微生物滋生的程度分为三种类型,它们展示了生物从死亡到微生物侵入、滋生,最后被磷酸盐化的全过程。这些标本显示,微生物假形在生物软组织磷酸盐化过程中扮演了重要角色,但并不是化石磷酸盐化的必由之路,尤其是当生物体具有矿化硬骨骼或者几丁质软骨骼等抗腐性较强的结构时。此类标本多以不完整保存的残片为主,正反两面结构一致,具有典型列状排列的近圆形与哑铃形网孔。由于化石结构简单,生物学性状较少,因此它们的亲缘关系尚不明确,是一类需要继续研究的疑难化石。

寒武纪幸运期陕西宽川铺生物群疑难化石装饰玲珑球发育生物学

作为磷酸盐化特异埋藏微体化石库,寒武纪宽川铺生物群保存了大量软躯体动物胚胎和成体、藻类和多门类小壳化石,为理解寒武纪大爆发初期的生物圈提供了重要的埋藏窗口。但前人的研究主要聚焦以橄榄蛋(Olivooides)为代表的刺细胞动物和以始祖动吻虫(Eokinorhynchus)等蠕虫为代表的蜕皮动物化石,对化石库中大量疑难类群的探索尚有不足。本文报道了宽川铺生物群中一类新发现的疑难化石装饰玲珑球Linglongsphaera ornata n.gen.n.sp.。装饰玲珑球整体呈球状,直径在544—1088μm之间,表面具瘤状突起装饰,内部由平均直径24μm的细胞组成。处于不同发育阶段的装饰玲珑球发育有8到180余个数量不等的腔室,单个腔室的体积随着腔室数量的增长先增加而后减小,分布的位置也从周缘直至布满整个内部,最终腔室总体积占个体总体积的36%左右后保持稳定。根据现有证据,笔者推测装饰玲珑球可能代表了一类已经灭绝的具有多细胞发育阶段的真核生物,可能与某些多细胞藻类有较近的亲缘关系,但具体的系统分类位置仍然不明。该研究为理解宽川铺生物群化石组合面貌和寒武纪大爆发初期生物圈的组成提供了新的线索。

陕南寒武系下部宽川铺组帽球状化石

陕南寒武纪早期宽川铺组微体球状化石类型多样,如何正确辨别这些球状化石的生物属性是当前早期生命演化古生物学研究中的一个难点。我们在宽川铺组中发现了一类为数众多,具有一个或者多个不规则的帽状隆起结构以及翻边帽沿的帽状化石。研究表明这些帽状化石均为不完整的个体,其完整形态呈不规则的凹球形。根据帽球状化石帽身的数量和相对位置,这类化石可划分为"单帽型"、"双帽型"和"复帽型"三种类型。这些凹球状化石呈双层壳壁,内壁光滑,外壁粗糙。因为凹球状化石形态及其表面小孔与微体藻类、后生动物的胚胎以及壳体化石差异都非常显著,所以推测这类化石可能与带壳原生动物亲缘关系最为紧密。

陕南早寒武世宽川铺生物群沉积环境及埋藏机制研究

陕南早寒武世宽川铺生物群三维立体保存了大量结构精美的磷酸盐化胚胎及小壳化石,为后生动物演化及化石胚胎学的研究提供了珍贵的实证材料。目前的研究主要集中在化石分类学及演化生物学上,而对沉积环境及埋藏机制的研究却很少涉及。文中通过对大量野外岩石照片、岩石薄片、小壳化石SEM照片的综合研究后认为,宽川铺生物群不是原地埋藏的产物,而是事件沉积的结果。该研究对于探讨宽川铺生物群化石的埋藏环境及保存机制具有一定的意义。

陕南寒武系宽川铺组具多级四分体细胞结构的微体化石

我国华南扬子板块埃迪卡拉纪—寒武纪的含磷地层中产有丰富的呈现分裂特征的多细胞球状化石。由于有效信息的缺乏,长期以来,这些球状化石的生物属性及分类存在争议。我们在陕南寒武系宽川铺组获得的一些保存精美的分裂型球状化石,具有明显的多级四分体结构,通过与同层位产出的动物卵裂期胚胎化石、瓮安生物群中四分体结构的藻类化石对比,结果表明这些分裂球形化石很可能为多细胞藻类。

陕南寒武系底部宽川铺组微体化石人工智能识别

我国陕南寒武纪初期的宽川铺组(距今大约535百万年)以盛产磷酸盐化的微体小壳化石和球状动物胚胎化石而闻名于世,是探索早期动物门类起源和寒武纪生命大爆发研究中的一个非常重要的窗口。在宽川铺组中寻找微体化石新类型主要依赖显微镜下人工挑选的传统方法日趋低效,迫切需要新的技术手段来解决这些问题。而微体化石数量庞大,大小接近,形态简单,非常适合于采用机器学习的手段进行人工智能分类。我们在宽川铺组微体化石中尝试使用机器学习的手段来进行化石图像识别和机器分拣。采用方向梯度直方图来提取化石图像的主要向量特征,并设计了二叉树型多分类识别器进行化石数字分类。目前处理了 5 000多张微体化石照片的人工智能识别,已经取得了较高的准确率。

寒武纪宽川铺生物群中球状胚胎化石表面刺状结构及其意义

以宽川铺生物群中获取的磷酸盐化立体保存的胚胎化石为研究材料,对胚胎化石表面超微结构和内部解剖结构进行观察并对比分析。结果显示,大部分胚胎化石表面被一单层光滑卵膜结构所包裹,卵膜之下胚胎形态多样;刺状结构位于卵膜之下,为原生质胚胎分泌而成的保护层,出现在不同大小和不同类型的胚胎中。结果表明:1)单一依靠胚胎大小或者表面结构不能作为胚胎的分类依据;2)与现生海葵等动物胚胎表面微绒毛相似,Olivooides表面刺状结构可能具有保护胚胎和生态扩散的功能;3)带刺Olivooides很可能发育成为动物演化早期最简单的带刺幼虫形式,是动物间接发育的证据。

寒武系底部宽川铺生物群中的卵裂胚胎过程:来自化石薄片的证据

陕南寒武纪早期宽川铺生物群中保存的大量磷酸盐化动物胚胎化石为古生物研究开辟了一个新领域。目前已报道了囊胚期之后不同发育阶段的胚胎化石标本,并且初步建立了从光滑球形胚胎化石Olivooides到带有瘤刺的锥体化石Punctatus的发育序列,而对卵裂期的胚胎化石却鲜有报道。基于通过醋酸浸泡获得的多枚卵裂期、囊胚期及原肠胚期的三维化石标本,加上应用岩石切片技术获得的卵裂期胚胎化石的切片标本,共同见证了从单个卵细胞(Olivooides)经卵裂到囊胚、原肠胚的完整胚胎发育序列。新化石材料的发现,不仅填补了宽川铺生物群中卵裂期胚胎化石的空白,完善了从单个卵细胞(Olivooides)经卵裂到囊胚、原肠胚,再到孵化的锥形幼体(Punctatus)的完整胚胎发育序列,而且通过与贵州瓮安生物群中卵裂期细胞胚胎化石及一些现生的低等动物卵裂期胚胎的对比,对揭示Olivooides胚胎的卵裂过程和特点,探讨其亲缘关系,以及后生动物的早期演化提供了新的化石证据。

寒武纪早期宽川铺生物群中圆管螺化石显微结构及显微谱学分析

陕南寒武系底部宽川铺组不仅保存了大量的小壳化石,还以磷酸盐化的方式立体保存了多种软躯体动物的胚胎和成体化石,为研究早期动物矿化模式、个体发育方式以及动物躯体构型的早期辐射过程提供了非常关键的信息。然而宽川铺生物群的研究大多聚焦于化石系统分类及亲缘关系探索,对生物群的沉积背景、埋藏过程和保存模式的分析甚少。本文以宽川铺生物群的核心产出层位——陕西省西乡县大河镇宽川铺组下部磷质碎屑灰岩为研究对象,对其中的一类管状化石圆管螺及其围岩进行了显微结构学和显微谱学综合分析,获得了化石显微结构和关键结构对应的元素、矿物成分等信息,讨论了管状化石圆管螺的埋藏过程和保存模式,并在此基础上对其生物学特征进行了初步探讨。该研究对理解宽川铺生物群的埋藏机制提供了新的线索。

陕南寒武系宽川铺组刺胞动物八叶塔形壳属新种的发现

寒武纪早期陕南宽川铺生物群和湖北岩家河生物群盛产次生磷酸盐化的小壳化石,其中包含了大量刺胞动物化石,这为研究刺胞动物起源和演化提供了绝佳的窗口。寒武纪幸运期四方塔形壳属Quadrapyrgites和第二期八叶塔形壳属Octapyrgites形态相似,如四辐射对称、易变形的围鞘表面发育近平行的不规则的褶皱。在相邻时期已知的刺胞动物化石中,二者之间形态特征最为接近,由于缺乏过渡环节的化石标本,它们之间的亲缘关系尚需进一步验证。本文报道了寒武纪幸运期陕南宽川铺生物群新型八叶塔形壳属化石:Octapyrgites denticulus sp.nov.(檐牙八叶塔形壳),其典型特征在于具8个口折叶和更加低矮的反口锥部。该新种与宽川铺组Q.quadratacris总体轮廓相似,区别在于口折叶的数目不同,后者具12个口折叶。虽然Octapyrgitesdenticulussp.nov.在陕南宽川铺组张家沟剖面数量少,但在湖北岩家河组亦有发现,因此并非Q.quadratacris的种内变异类型。新种与湖北岩家河生物群寒武纪第二期的Octapyrgites elongatus在体形、基部大小、基部纵纹等方面有别,但均具8个口折叶,表明二者亲缘关系最为接近,很可能具有最晚的共同祖先。从寒武纪幸运期四方塔形壳属Quadrapyrgites到第二期八叶塔形壳属Octapyrgites形态差异逐渐扩大;形态上Octapyrgitesdenticulussp. nov.很可能代表了Q. quadratacris与O. elongatus之间的中间过渡类型。

寒武纪初期宽川铺生物群Eopriapulites sphinx的蜕皮行为

陕南寒武纪幸运期宽川铺生物群已经报道了多种生物化石,如藻类、基础动物、两侧对称动物和许多分类位置不定的化石,它是探索早期动物门类起源和寒武纪生命大爆发的重要窗口。该生物群中的Eopriapulites sphinx是目前已知最早的蜕皮类蠕虫(有吻突动物),但至今尚未发现能反映其蜕皮行为的证据。本文通过对E.sphinx新标本的外部形态和内部结构进行扫描电镜和Micro-CT研究,发现了处于蜕皮阶段和蜕皮后阶段的标本,并构建出E.sphinx完整的蜕皮过程,即经历了蜕皮前、蜕皮时和蜕皮后三个阶段。E.sphinx的蜕皮特征与同时代具刺状骨片的有吻突动物和现生鳃曳动物的蜕皮行为一致。该发现为研究寒武纪初期有吻突动物的蜕皮过程提供了新思路。

陕南早寒武世具口部的磷酸盐化Punctatus及其胚胎化石

报道陕西南部灯影组宽川铺段地层中发现的Punctatus锥体标本、保留精美软组织特征的口部标本和可能的胚胎标本。对Punctatus软组织及整体形态功能研究表明,Punctatus在分类上可能更接近于腔肠动物的水螅型,代表初具原始触手的腔肠动物早期演化类型。在上万枚与Punctatus共生的球状化石中,发现若干枚可能的原肠期胚胎及胚胎发育晚期标本,在此基础上提出PunctatusemeiensisHe,1980花冠状口部可能经历的胚胎发育序列。

陕南早寒武世早期磷酸盐化Punctatus奇异星状口盘的发现及其形态功能分析

早寒武世最早期梅树村期处于“寒武纪大爆发”序幕阶段。在这一时期,生物类群发生了大规模辐射演化及其身体构型的快速革新,形成与前寒武纪生物群明显不同的生物组合面貌。最近在陕南宽川铺地区早寒武世早期灯影组宽川铺段地层中发现了数十枚呈三维立体精美保存的磷酸盐化奇异星状生物化石标本,通过形态功能分析及与其共生的Punctatus的口盘类比表明,该奇异星状生物很可能属于腔肠动物Punctatus的口盘,星状体的中心为该生物的口部。而腔肠动物的出现标志着真后生动物的开始,在生物起源演化历程上占据着极其关键的位置。本文报道的奇异星状生物可能代表了初具原始触手的腔肠动物早期演化类型,为研究真后生动物起源演化、功能进化提供了新的实证材料。

陕西宁强地区早寒武世磷酸盐化Punctatus新材料

描记在陕西南部宽川铺地区的灯影组宽川铺段的震旦-寒武系界线附近发现的具五辐对称特征磷酸盐化Punctatus新种———Punctatus triangulicostalissp.nov.(三角隆脊瘤点壳)。新种的锥体由5条放射状排列的锥脊组成,柱体由5纵列等间隔排列的三角隆脊组成,构成了完美的五辐对称生物体。同时描记的有PunctatusemeiensisHe,1980,新种与它的显著区别是具有与锥顶5条放射脊相对应的5纵列三角隆脊。新种呈三维立体保存,暗示生物体内部已具有一定的硬化程度,而锥体表层及柱状体表面的三角隆脊为磷酸盐化软组织。形态功能分析表明,Punctatus在分类上可能更接近于腔肠动物的水螅型。

华南寒武纪早期刺胞动物演化框架

刺胞动物是华南寒武纪早期海洋生态系统的重要组成部分,针对这类化石的研究有助于深入了解寒武纪多幕式爆发事件。本文主要根据寒武纪早期扬子板块陕南宽川铺生物群、湖北岩家河生物群以及澄江生物群产出的刺胞动物,探讨刺胞动物在寒武纪早期的演化框架,取得了以下初步认识。截至目前,所发现的寒武纪早期刺胞动物绝大多数都属于水母超纲,珊瑚纲的化石记录在寒武系幸运阶、第二阶保存较为罕见。其中寒武系幸运阶刺胞动物的化石记录全部属于底栖类型,体型小,且具有多种类型的身体辐射对称形式,绝大多数类型可以确定属于直接发育。第二阶刺胞动物仍以底栖固着类型为主,体形增大,仅见两、四辐射对称形式;而寒武系第三阶刺胞动物仍有底栖固着类型,但游泳的水母开始出现,体型增大明显,代表水母冠群的出现,以及世代交替的复杂生命周期的正式建立。从幸运阶到第三阶刺胞动物体型明显增大,可能与海水氧气含量增加有关。在寒武纪大爆发的背景下,刺胞动物的分异度和丰度在寒武系幸运阶就已经达到顶峰,然后在第二阶、第三阶开始衰减,这种变化可能与两侧对称动物辐射演化有关。华南刺胞动物的化石记录表明,寒武纪大爆发并非纯粹的一幕式爆发,其中充斥着一系列生物群的替代甚至灭绝事件。