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。     

【专辑序言】动物起源和寒武纪大爆发——序 言

动物起源和寒武纪大爆发是生命史上重要的演化创新事件。为展示相关领域的最新进展, 特组织主题为“动物起源和寒武纪大爆发”的论文专辑。作为专辑序言, 本文概述了动物起源和寒武纪大爆发领域的科学意义和当前研究趋势, 并简要介绍了本专辑的内容。专辑包含了来自13个研究单位共42位作者的12篇论文, 包括特约综述论文1篇和研究论文11篇。专辑不仅评述了相关领域的现状和未来发展趋势, 也展示了我国学者在该领域取得的部分新进展。这些进展涉及华南和华北数个特异埋藏化石库, 比如埃迪卡拉纪石板滩生物群、寒武纪宽川铺生物群和寒武纪凯里生物群等, 并涵盖了海绵动物、刺细胞动物、腕足动物、三叶虫和双瓣壳类节肢动物以及分类位置尚不明确的疑难动物化石等诸多类群。     

寒武专辑封面介绍:寒武纪大爆发时期海洋生态系统重建工作模型(见本期特邀论文张兴亮, 2021)。

：寒武纪大爆发不仅引发了动物门类多样性的形成,而且构建形成了现代生态系统的雏形。背景以澄江动物群化石复原为底纹,预示动物门类构型形成,是现代生物多样性和生态体系统起源点,借用中国阴阳,寓意生物与环境相互作用,地球演化形成当今生态系统和宜居环境。     

贵州埃迪卡拉纪瓮安生物群化石含量的统计分析

贵州瓮安埃迪卡拉纪陡山沱组（635-551Ma）上磷矿段保存了大量精美的磷酸盐化微体球粒化石,它们主要由多细胞藻类、疑源类和处于不同发育阶段的多种动物胚胎化石组成,此外还包括少量后生动物的幼、成体化石。本文以贵州瓮福磷矿陡山沱组上磷矿段灰白色球粒状白云质磷块岩为研究对象,在总结瓮安生物群中不同生物化石的鉴别特征基础上,定量统计采自该层位的两组岩石样品（WA—I和WA-r1）的酸处理砂样中的所有化石。统计结果表明,瓮安陡山沱组该磷块岩中化石质量和岩石中磷酸盐组分质量成正线性相关,两个样品中化石占全部磷酸盐组分的质量百分比均在10％左右,其中多细胞藻类和疑源类化石占全部化石含量均少于10％。这一结果客观地反映了瓮安生物群的化石丰度,证实了保存在瓮安陡山沱组上磷矿段灰色富氧含磷埋藏相中的瓮安生物群主要由动物胚胎化石组成的特征。     

三维X射线显微技术与小型-微体化石高分辨率无损成像*

在古生物学研究中,以X射线断层成像(Computed Tomography)为代表的三维无损成像技术可以在不破坏化石标本的前提下,同时获得标本外观形态和内部结构的信息,相比传统的可见光成像手段有着明显优势。为推动化石三维无损成像技术在国内古生物学领域的发展,本文系统介绍一种新型显微CT技术——三维X射线显微术(Three-Dimensional X-ray Microscopy)。与基于几何放大和吸收衬度成像的传统显微CT技术相比,该技术有若干优势:(1)将同步辐射X射线显微断层成像的光学成像系统引入基于实验室X射线源的显微CT系统中,在几何放大的基础上增加了光学放大,优化了传统显微CT的系统架构,弥补了传统显微CT单纯依靠几何放大的不足,提高了空间分辨率;(2)采用可移动的X射线源和优化的光学成像系统,实现了低能X射线相位衬度成像,可以三维重构传统显微CT技术无法有效探测的、低吸收衬度的化石标本;(3)基于新的成像架构和成像算法,实现了厘米-分米级较大标本内部"感兴趣区域"(Region of Interest)精确导航和局部高分辨率(微米-亚微米空间分辨)成像;(4)可以实现小型扁平标本(宽厚比4,宽10cm)高效率、高分辨率成像和长条形微体标本长轴方向自动分段无缝拼接的微米至亚微米级高分辨率重建,弥补了传统工业显微CT针对小型扁平标本和长条形微体标本高分辨成像效果不佳的缺陷。这些优势使得基于实验室X射线源的显微CT成像技术可以获得接近同步辐射X射线源的成像质量,从而有效推动化石生物学研究。     

寒武纪早期四方塔型壳属的胚胎发育及其系统学意义

寒武纪大爆发是生命演化史上重要的创新事件。我国澄江动物群(距今约5.18亿年)代表了寒武纪大爆发的高潮,而产自寒武系最底部,时代上早于澄江动物群的宽川铺生物群(距今约5.35亿年)则为研究寒武纪大爆发的第一幕提供了重要的埋藏窗口。宽川铺生物群产自陕南宁强、西乡等地寒武系底部宽川铺组钙质磷块岩和磷质碎屑灰岩中,以保存了大量动物胚胎和软躯体微型动物而闻名。其中四方塔型壳(Quadrapyrgites)是宽川铺生物群中常见的软躯体动物化石,因与同层位的橄榄蛋(Olivooides)在发育过程和形态上具有相似性而被认为是后者的姐妹群。但它们在动物树上的位置仍然存在争议。为检验前人提出的各种亲缘关系假说,本文综合使用电子扫描显微镜成像和超高分辨率X射线显微断层成像技术,重建了四方塔型壳胚胎标本的三维结构,首次揭示了其内陷式原肠作用类型。新的数据支持了四方塔型壳属于刺细胞动物而非环神经动物的观点。     

激光共聚焦显微技术在瓮安生物群中的应用

激光共聚焦显微技术是一种以激光作为激发光源,通过特殊装置"针孔"来过滤离焦光线以提高光学分辨率和对比度的光学成像技术。由于大部分化石不能自发荧光,该技术在古生物学领域尚未实现大范围的应用。但若围岩能自发荧光而与化石之间具有一定衬度,或化石因含特殊成分能在特定波段激光照射下自发荧光而产生结构衬度,则可以运用激光共聚焦显微技术获得在普通光学显微镜及荧光显微镜下难以清晰观察到的信息。为推动激光共聚焦技术在古生物学领域中的应用,文中系统介绍了该技术的原理与使用方法,并以埃迪卡拉纪磷酸盐化特异埋藏的瓮安生物群微体化石为例,展示了该技术在化石成像中的若干优势。实验结果表明,瓮安生物群微体化石因富含磷灰石可自发荧光实现成像,使用激光共聚焦显微成像技术观察瓮安生物群化石薄片不仅可以获得较好衬度,而且还能提高成像的分辨率和清晰度。此外,在化石薄片的厚度范围内还可以实现化石结构三维重建。