在过去的1.8万年中全球植被变化率加速增长

现代鲨鱼牙齿不能用来研究脊椎动物牙齿进化过程

现代鲨鱼牙齿不能用来研究脊椎动物牙齿进化过程

据cnBeta:长期以来,人们一直在活鲨鱼可怕的下巴中寻找漂亮笑容的起源,这些鲨鱼被认为是研究脊椎动物牙齿发育的祖先和推断其进化的活化石。然而,这种观点忽视了真正的化石,它们更准确地反映了古代祖先牙齿进化和变化过程。

由布里斯托尔大学和Naturalis生物多样性中心领导的新研究发表在《自然-生态与进化》上,揭示了活鲨鱼牙齿完全不能代表有颚脊椎动物的最后共同祖先。该研究显示,虽然牙齿只进化了一次,但复杂的牙齿在进化史上已经得到和失去了很多次,在寻找人类牙齿病变的治疗方案时,活体鲨鱼的牙齿并不是最好的模型。

来自荷兰Naturalis生物多样性中心的第一作者Martin Rücklin表示,他们在瑞士保罗-舍勒研究所的瑞士光源TOMCAT光束设备上使用高能X射线,研究鲨鱼祖先中的牙齿和颌骨结构及发展。这些异尖齿类动物拥有由多个连续齿列组成的边缘牙齿,这与发生在尖齿类动物下颌前和横跨冠突类动物下颌的齿轮完全不同。

共同作者、布里斯托尔大学地球科学学院的Philip Donoghue教授表示,脊椎动物牙齿的特点是有组织的排列,以便在一生中能够咬合和有效地进食。这种牙齿组织和模式化被认为是起源于一种普遍的发展机制,即鲨鱼中的牙齿薄片。我们在继承性牙列中看到的情况不能用这种机制来解释。

来自Naturalis生物多样性中心的共同作者Benedict King表示,利用最先进的概率祖先状态估计方法,我们在这一发现的基础上表明,牙齿存在于钩齿类动物的祖先中,而复杂的齿列、齿轮、齿层和协调的替换,都是独立进化的,并在有颌脊椎动物的早期进化中多次消失。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196797.html

学术争鸣:鹿牙乌龙人牙

标题:学术争鸣:鹿牙乌龙人牙——对古DNA和多种测年方式证实现代人晚到达中国南方(《美国科学院院报》,孙雪峰等)一文的评论

据中国科学院古脊椎动物与古人类研究所:2021年2月9日,南京大学地理与海洋科学学院孙雪峰、复旦大学生命科学学院李辉等在《美国科学院院报》(PNAS)发表题为古DNA和多种测年方式证实现代人晚到达中国南方(Ancient DNA and multimethod dating confirm the late arrival of anatomically modern humans in southern China)的论文,提出现代人抵达中国南方的时间不早于距今5万年前,否定以往认为的现代人在距今8-12万年前已在东亚大陆出现的观点。文章证据之一是:孙雪峰等2019年在湖南省道县福岩洞发现了两枚人类牙齿。通过对这两枚人类牙齿进行古DNA分析和加速器质谱14C年代测定,构建了人群关系的系统演化树,得出道县人类的DNA位于现代欧亚人类谱系范围,与现代藏缅人群可能具有遗传上的联系,他们根本就不是十多万年以前的人类,距今仅有9000多年的历史的结论。

发现福岩洞地点并承担发掘及相关专业研究的团队成员(以下简称福岩洞研究团队)认真研读了这篇论文并核对了相关数据,发现该研究在年代样品采集的可靠性、人类牙齿来源及分类鉴定、古DNA提取与分析、14C年代测定等多方面都存在问题。其中最严重的问题是,文中所提及的在福岩洞发现的两枚人类牙齿鉴定错误,其中一枚是鹿的门齿,孙雪峰、李辉等在这枚鹿牙齿中提取出人类线粒体DNA。这些问题的存在使得该项研究的结果完全不可信。为此,福岩洞研究团队对孙雪峰、李辉等人的研究及论文撰写了质疑评论,列举了该文存在的主要问题。英国牛津大学14C加速器中心主任(Director, Oxford Radiocarbon Accelerator Unit) Tom Higham与德国马普学会人类历史科学研究所 (Max Planck Institute for the Science of Human History) 14C年代测定专家Katerina Douka也联名给PNAS写信对孙雪峰等人的文章中14C年代研究提出质疑。5月25日,PNAS发表了上述质疑评论,同时刊登了孙雪峰等人的回复。福岩洞研究团队的相关质疑和评论如下:

1. 人类牙齿来源不清、鉴定错误

孙雪峰等在文章中表述2019年其在福岩洞发现两枚人类牙齿,分别编号为FY-1HT和FY-2HT(但在文章不同地方孙雪峰等又将这两枚牙齿分别编号为FY-HT-1、FY1以及FY-HT2、FY-HT-2、FY2)。但这篇论文的作者中没有任何一人参加过我们团队2010-2013年福岩洞的发掘工作,也没有咨询过我们团队从事专业研究的成员。文章除提供了一张一人手持一枚似乎为牙齿的低分辨率照片外,未提供发现人类牙齿具体位置的准确信息,却认定这两枚人类牙齿与我们团队在福岩洞发现的47枚人类牙齿来自相同地层层位。

在文章中,孙雪峰等对其发现的两枚人类牙齿未提供任何最基本的牙齿形态鉴定信息,比如,这两枚人类牙齿是上颌牙齿还是下颌牙齿、牙齿类别(门齿、犬齿、前臼齿、臼齿)、左侧还是右侧、牙齿形态、牙齿尺寸等;也未对这两枚牙齿与相关古人类及现代人进行对比分析;更没有指出与我们团队在福岩洞发现的哪一类、具体哪一件人类牙齿标本做过对比。以这种缺乏最基本的化石形态鉴定与研究规范,未提供任何牙齿鉴定和形态分析数据的方式,孙雪峰等却能得出其发现的两枚人类牙齿明显属于解剖学意义上的现代人,处于我们团队此前发现的47枚人类牙齿大小和形态变异范围内的结论(文章第四页:The human teeth, which are clearly AMH and fit metrically and morphologically within the range of earlier finds from the site)。这样的结论没有任何依据。

2011-2013年在福岩洞发掘期间,我们团队发现了大量草食性动物牙齿。经过仔细观察与对比,并请相关第四纪哺乳动物专家鉴定,我们团队认为孙雪峰等描述的这两枚人类牙齿中编号为FY-2HT(FY-HT2、FY-HT-2、FY2)的牙齿并不是人类牙齿,而是小型草食类动物的门齿(鹿、羊或者麂等),最接近鹿类的门齿(图1, 图2)。

孙雪峰等发现的这枚牙齿的主要特征及其与人类牙齿的区别是(图1 A; 图2 A):(1) 牙齿磨耗主要表现在齿冠舌侧,而不在牙齿切缘。这是草食类动物的牙齿特征;(2) 尽管牙齿磨耗较严重,但没有呈现牙齿邻接面磨耗痕迹。而在切缘和舌侧呈现这样程度磨耗的人类牙齿,一般都会出现邻接面磨耗;(3) 这枚牙齿齿冠近中-远中方向细而窄。这种特征与人类门齿冠近中-远中方向较宽阔的特征不同;(4) 这枚牙齿齿冠较高,齿尖顶部倾斜,齿根明显弯曲。这些是草食类动物,鹿类门齿的典型特征,与人类下颌门齿牙齿齿冠顶端平直、与齿根基本呈垂直方向、齿冠在近中-远中方向较宽,向两侧拓展的形态特点完全不同。

图1. 孙雪峰等在福岩洞发现的牙齿与鹿牙对比.(A) 引自Sun et al. 2021;(B)道县2012年出土的鹿类门齿;(C)附着在现生鹿下颌骨上的门齿及犬齿

图2. 孙雪峰等在福岩洞发现的牙齿同人类牙齿对比. (A)引自Sun et al. 2021;(B)道县2012年发现的人类下颌侧门齿;(C)黄龙洞2006发现的人类上颌中门齿

针对我们团队提出的FY-HT-2应该是鹿牙的一系列形态证据,孙雪峰等在回复中没有逐一回答。他们只是指出FY-HT-2齿冠釉质大多磨损,无法复原出与鹿牙齿相似的磨耗特点;同时提供了一枚从考古遗址出土的人类牙齿照片做对比,以此证明其与FY-HT-2形态一致。孙雪峰等进一步指出在FY-HT-2中提取出人类DNA就可以证明其是人类牙齿(as confirmed by DNA analyses)。

事实上,尽管FY-HT-2存在齿冠釉质磨损,但这枚牙齿与鹿牙齿相似的舌侧磨耗特征仍清晰可辨,多位国外学者都注意到了这个特征。反向推测,即便假设FY-HT-2属于人类个体,根据齿根形态推测其应为年轻个体,磨耗首先应出现在切缘,不可能呈现与年龄不一致的如此严重舌侧磨耗。通过观察孙雪峰等在回复中提供的这枚从考古遗址出土的人类牙齿形态,我们团队发现其呈现一系列人类特征,而与FY-HT-2及鹿牙形态明显不同。这些特征包括:齿冠宽阔(尤其靠近切缘),而鹿门齿齿冠狭窄;侧面观,齿根向根尖呈明显缩窄趋势,而鹿门齿齿根侧面观上下宽度接近;齿根向远中方向轻微弯曲,没有达到鹿门齿整个齿根弯曲的程度;齿根呈锥体状形态,而鹿门齿齿根呈扁平状形态。

关于孙雪峰等发现的另一枚编号为FY-1HT(FY-HT-1、FY1)的人类牙齿,经我们团队根据文章提供的照片进行形态鉴定,认为其为人类右侧上颌第三臼齿。这枚牙齿保存状态良好,齿根尚未完全形成;正在形成中的齿根上端边缘形态与结构清晰,几乎没有地层埋藏磨蚀及动物啃咬的痕迹。而我们团队此前在福岩洞发现的人类牙齿及动物牙齿均呈现明显的地层埋藏磨蚀及动物啃咬痕迹。因此,这枚编号为FY-1HT(FY-HT-1、FY1)的牙齿与我们团队在福岩洞发现的人类牙齿经历了两种不同的埋藏历史,孙雪峰等认为其发现的人类牙齿及动物牙齿与我们团队此前在福岩洞发现的47枚人类牙齿代表相同的样本来源的观点令人怀疑。

针对我们团队提出的FY-1HT(FY-HT-1、FY1)与此前发现的47枚人类牙齿关系的质疑,孙雪峰等给出的回复是:这枚牙齿的保存状态与此前发现的人类牙齿不能区分,但明显处于变异范围内(Regarding FY-HT-1, its preservation is visually indistinct from existing samples. But within sample variation is clear, and expected)。在2015年的文章中,我们团队对发现的每一枚牙齿的保存状态都做了详细描述并提供了清晰照片,这也是对古人类牙齿化石研究的最基本规范和要求。而孙雪峰等只是简单回复,未提供任何证据,比如与47枚牙齿中的哪一枚做了对比、对比了哪些特征等,因此不具有说服力。

2.从鹿牙中提取出人类DNA,构建人类系统演化树

孙雪峰等在文章中描述了在牙齿中提取古DNA的取样方法:为避免污染,李辉领导的复旦大学实验团队在每枚人类牙齿根部钻一小洞,获取内部微量骨粉以提取古DNA信息。然而如其论文中图1所示,编号为FY-1HT(FY-HT-1、FY1)的牙齿没有齿根,李辉等如何钻孔并获得骨粉,我们团队感到疑问。而对编号为FY-2HT(FY-HT2、FY-HT-2、FY2)的鹿类牙齿如何钻孔获取骨粉,孙雪峰、李辉等并未提供在其齿根钻孔的照片等证据。更不可思议的是,孙雪峰、李辉等在这枚编号为FY-2HT(FY-HT2、FY-HT-2、FY2)的鹿类牙齿中提取到人类线粒体DNA。他们利用从鹿牙中提取的人类线粒体DNA序列与53例不同地区的现代人、10例解剖学意义上的现代人、10例尼安德特人、1例西班牙Atapuerca SH地点出土的更新世中期古人类以及1例黑猩猩线粒体DNA序列进行对比分析,并建立了这枚鹿牙代表的人类个体与这些对比样本关系的系统演化树。

根据构建的系统演化树,孙雪峰、李辉等认为从鹿牙中提取的人类古DNA位于现代欧亚人类谱系范围(文章第二页:Fuyan mtDNA fell within the variation of present-day Eurasian lineages),并以此得到惊人的重要的发现:在现代藏缅人群中检测到从这枚鹿牙中提取到的人类线粒体DNA,揭示在福岩洞发现的鹿牙与现代藏缅人群可能具有遗传上的联系(文章第二页:Surprisingly, the mtDNA lineage found in the Fuyan sample FY-HT-2 has been detected in living Tibeto–Burman populations, revealing potential genetic links to them (Fig. 2II))!

3. 年代测定

孙雪峰等分别采用不同技术的释光测年手段测定福岩洞洞穴松散堆积物年代、不平衡铀(U)系方法测定钙板年代、加速器质谱放射性碳(AMS 14C)测年方法测定哺乳动物化石和人类牙齿年代。结合古DNA证据,孙雪峰等提出加速器质谱14C测年方法能够获得人类牙齿的真实年代,进而将在福岩洞发现的编号为FY-2HT(FY-HT2、FY-HT-2、FY2)的人类牙齿生存年代确定为9290-9470年前。

通过仔细阅读该文及相关的补充材料,我们团队认为其用于加速器质谱14C测年方法测定年代的人类牙齿及动物化石除地层采集位置与2015年报道发现人类化石的地层位置是否相同无法确认,此外,其开展的人类牙齿、动物牙齿和骨骼加速器质谱总有机碳(TOC)14C测年的前处理流程并不清楚,很难确定测年结果的可靠性。文中引用的文献97是关于有机质转化为CO2并合成石墨靶的文献,并没有化石牙齿和骨骼提取总有机碳的前处理方法。而文中引用的文献86也不是合成石墨靶的文献,而是有关光释光测年的文献。由于缺乏前处理方法的描述,读者无法确定除有机胶原蛋白外,在骨骼和牙齿检测的总有机碳的其他成分类型,因为孙雪峰等获得的C/N比值(在编号为FY-HT-2的人类牙齿为46.2)远高于牙齿和骨骼化石中适合于14C年代测定的有机胶原蛋白的C/N比值(2.9-3.6,DeNiro,1985,Nature;或者3.1-3.5,Klinken,1999,JAS)。同时,用于测年的福岩洞人类牙齿化石(FY-HT-1)的碳百分含量达到了2.3,也远高于现代牙釉中的0.1-0.8的碳百分含量。此外,该文中绝大多数有机胶原蛋白测年样品都没有提供C/N比值,年代可靠性有待进一步确认。这些数据提示孙雪峰等人的年代测试样品可能经历了后期改造或者污染,因此他们的加速器质谱14C测年方法获得的年代数据的可信程度还值得商榷。英国牛津大学14C加速器中心主任Tom Higham教授是AMS 14C年代测定领域的权威,对许多更新世晚期古人类化石地点做过年代测定。他在5月25日和德国马普学会Katerina Douka同期发表的评论信中,同样提出了上述问题。

负责福岩洞化石AMS 14C年代测定工作的北京大学教授吴小红指出:孙雪峰等人发表论文中的绝大多数年代样品是动物骨骼或牙齿,仅有少数几个样品来自人类,这需要对地层沉积过程仔细分析,确定动物化石的年代能否代表人类化石的年代。其次,该文没有清楚描述14C测年样品的前处理过程,测年结果可靠性难以判断。再次,该研究的大多数年代数据来自骨骼或者牙齿的总有机碳(TOC),从这些样品的碳氮含量和碳氮比值来看,不能排除样品有腐殖质等外来含碳组分的影响。在考古年代研究领域通常不用TOC进行骨骼的14C年代测定,而是提取出骨骼或者牙齿中的原生组分—胶原蛋白或明胶蛋白进行年代测定以尽可能排除外来碳的影响,从而得到可靠的14C年代数据。孙雪峰等人的文章中报道了92个14C数据,其中有27个数据来自胶原蛋白,仅有一份胶原蛋白样品按照国际惯例测定了碳氮含量和碳氮比值。遗憾的是,这份样品的结果并没有落入适合测年的胶原蛋白数值范围之内,其他26份样品没有提供证据可以排除外来污染物影响。在孙雪峰等人回应质疑的答复中,对原文中使用的样品前处理方法依然没有给出具体的描述,仅说是采用了与我们团队于2015发表在《自然(Nature)》杂志上用于福岩洞加速器质谱测年相似的流程。相似与相同虽是一字之差,但内涵却大不相同。北京大学加速器质谱14C实验室并没有使用胶原蛋白(collagen)(如孙雪峰等文章中所用的)进行14C年代测定,而是用明胶蛋白(gelatin)进行14C年代测定。胶原蛋白和明胶蛋白的提取方法确实是相似的,但内涵并不相同。从胶原蛋白到明胶蛋白增加的最后几步处理措施,大大增加了去除样品中杂质的力度。在承认所测的大多数样品胶原蛋白保存状况很差的条件下,孙雪峰等认为两个样品胶原蛋白、碳酸钙和全有机碳组分测年结果之间差距很小,所以污染也很小,这并不成立。文中,他们有12个样品同时测定了胶原蛋白和TOC,只有两个样品不同组分的测年结果落在了1σ误差范围之内(如回信中所提的FY3-1和FY3-5),其余数据的差距都超出了这个范围,有不少数据相差上千年,有数据相差了上万年。这些结果也是牛津大学Tom Higham等认为孙雪峰等人使用的前处理方法不能排除样品中混入环境腐殖质影响(使得样品数据偏年轻)的依据。事实上,牛津大学加速器质谱14C实验室对来自福岩洞的若干动物骨骼样品尝试进行14C测年,但所有样品都没能提取出适合测年的蛋白组分,说明福岩洞遗址骨骼保存条件并不理想,样品中混入外来污染物的可能性很大。孙雪峰等对北京大学获得的样品BA140121的14C测年结果(39,150 ± 270 B.P.)给予肯定,以此来支持了他们的观点:认为现代人到达中国南方的时间不早于65ka。关于这个数据有两点需要说明:第一,这是没有经过日历年代校正的14C年代数据,这个数据接近北大有机物加速器质谱14C年代测定的高限,而且根据福岩洞遗址骨质样品保存情况,样品BA140121的14C年代可以作为年代数据参考,不适合用作绝对年代;第二,根据福岩洞遗址不同测年方法多个测年数据的分析,这个遗址的堆积情况应该是相对复杂的,不是一个时期堆积形成的,除非有充足的可靠年代确定所有堆积单元的年代,否则没有办法用部分数据来否定其他可能性。

在孙雪峰等的回复中,他们使用现代骨骼和牙齿以及距今3100年前左右的殷墟大墓中骨骼和牙齿的不同物质的14C测年结果,来证明其文章中前处理方法和测年结果的可靠。事实上,现代骨骼和牙齿样品中14C浓度与周边环境物质中现代有机质和大气中的14C浓度接近,没有显著的有机质分解,有机质含量较高,外源物质的14C浓度和现代样品中的浓度接近,难以确定是否存在外源污染和污染的大小。对于殷墟大墓中的牙齿和骨骼样品(年代为距今约3100年前),其胶原蛋白或总碳样品中的14C浓度是现代(1950年)大气中14C浓度的70%,即使现代碳的污染有10%,其14C浓度提高到73%,造成的14C年代偏离只有340年左右。对于年代超过8万年的样品(14C浓度接近为零),若现代碳污染有10%(20%),其14C浓度提高到10%(20%),计算获得的14C年代为~18500(~12930)年。这说明对于有机质含量少,年代老的样品,少量的现代碳污染就会造成显著的年代偏差(偏年轻)。因此孙雪峰等使用近现代样品的测年结果对比,还不足以证明先前研究中测年结果的可靠性。另外考古样品在埋藏过程中有很多可能引入环境含碳物质,而且每个样品都有其独特性,某一个样品保存状态好,外来污染物少,不能代表其他样品就一定如此,如果不能采用正确的研究方法,用这种样品和样品之间类比的方法来说明问题是没有意义的。

值得注意的是,孙雪峰等采用铀系和释光测年方法对福岩洞地层含化石堆积物样品的年代测定数据都在更新世晚期。2015年我们团队发表的文章通过福岩洞动物群组成的分析也推断该堆积物中化石年代更符合更新世晚期的地质时代。对于这些支持福岩洞人类生存在更新世晚期的其他方法的年代测定结果及动物群组成分析,孙雪峰等人在文章中没有做任何讨论或评论。他们在文中提出早期堆积物的侵蚀和后期充填模式来解释化石年代和堆积物及次生碳酸盐盖板年代的不一致。事实上,该模式在智人洞的研究中(Jin et al.,2009,Chinese Science Bulletin)已经提及,而且2015年的文章中也讨论了堆积物再堆积(或后期充填)的可能性,而在孙雪峰等的这篇文章中却并没有提及。

根据以上情况,我们团队认为孙雪峰、李辉等人的这项研究在人类牙齿及其他年代测试样品采集、人类牙齿鉴定、DNA提取与分析、年代测定等方面都存在错误或不确定性。因此,这项研究获得的研究结果是不可信的,不能否定此前研究认为的福岩洞人类牙齿的年代及演化地位。

4. 研究工作严谨性、规范性

除上述人类牙齿鉴定、数据提取、实验测试分析、年代测定等方面的问题外,孙雪峰、李辉等的这项研究及论文写作存在大量不规范、不严谨等问题,包括野外采集化石标本及实验室处理规范、研究数据采集、分析与论证规范、人类牙齿鉴定与论证规范、论文写作规范与严谨性(重要研究标本编号混乱、地点或单位名称错误、插图质量差、文献引用错误)等。孙雪峰等人的文章在PNAS发表后,多位从事古人类牙齿化石和解剖学研究的国外学者对这样一篇缺乏基本研究规范、存在较多错误且不严谨的文章通过《美国科学院院报(PNAS)》评审表示震惊和不理解。一位从事古人类牙齿形态研究的法国学者评价说:这篇文章无论材料与方法及附属部分对人类及动物牙齿没有进行适当的描述。对此,我感到吃惊!I am also surprised that the human (and animal) material is not described properly in the article (neither in the Material and Methods nor in the SOM file)。另外一位从事牙齿人类学研究的美国学者表示:PNAS怎么了,接受这样一篇有严重瑕疵的文章?通常情况下,(PNAS)审稿流程极其严格,但是显然仍有一些(这样的)论文经过漏洞通过评审(What is it with PNAS accepting papers that have serious flaws? Ordinarily, the review process is extremely demanding but apparently some papers slip through the cracks!)。

道县福岩洞背景介绍:2010年10月,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘武、吴秀杰等在湖南省道县野外考察。根据以往线索,在道县乐福堂乡塘碑村附近的福岩洞(村民又称为后背山洞)发现哺乳动物化石。试掘后,确认这里蕴藏丰富的化石资源,具有良好的研究前景。2011年开始,组成了包括古人类学、旧石器考古学、地质学、年代学、环境及第四纪哺乳动物等学科专家参加的多学科研究团队,在湖南省文物考古研究所、道县文物管理局协助下对福岩洞进行了连续3年的发掘,发现47颗人类牙齿化石。期间,对福岩洞地层堆积、化石埋藏、环境、动物群组成以及人类化石等开展多方面的实验测试和综合研究。2015年10月,该研究团队在《自然(Nature)》发表论文,将福岩洞人类化石年代确定为8-12万年前,根据对人类牙齿化石的研究并结合其他研究证据,提出现代人8-12万年前在东亚大陆已经出现。该项研究成果入选2015年中国科学十大进展。

附论文链接:

https://www.pnas.org/content/118/22/e2102961118

https://www.pnas.org/content/118/22/e2103798118

https://www.pnas.org/content/118/22/e2104818118

相关报道:争鸣:人牙还是鹿牙?中国南方古人类论文引发笔战

据知识分子:导读

一项今年初刊发在顶级学术期刊上的考古学研究,是否将鹿牙当作了人牙?近日,国内外考古学者们围绕一颗牙 争论不休,以学术信件形式展开交锋。

2月初,南京大学副教授孙雪峰等人发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的论文判断现代人类到达中国南方的时间不早于5万年前。其核心证据之一是五个中国南方洞穴的化石年份测定结果。

然而有学者质疑,该研究中的一份关键人类化石其实是鹿牙。另有学者认为,研究采用的测年方式有问题,可能导致结果不准确。

近日,PNAS 发表了两封质疑信和上述论文作者的回应。作者回应称,牙齿是人牙,而测年方式不影响最终结果。

为什么这么一个看似简单的问题会有如此分歧?为厘清这一问题,不仅需要抽丝剥茧地了解技术细节,还需要理解这场争论的核心、考古界一个悬而未决的争议:现代人类的起源问题。

基于目前的分子生物学和化石证据,学界主流观点支持非洲起源说:发展成现代人类的早期现代人(early modern human,或称anatomically modern human,简称AME,解剖结构上具有现代人基本特征并保留了部分古人类原始特征的人类),于20万年前起源于非洲,6万年前扩散到欧亚大陆,成为当地现代人的祖先,而当地的古人类则灭绝了。孙雪峰等人的论文结果支持这一说法。

另一些观点则认为,早期现代人的起源是多地的,当地的现代人也有可能起源于当地古人类,或者是当地古人类与来自非洲的早期现代人的后代。

解决现代人类起源争论的关键,是确定现代人类出现在欧亚大陆的时间。上述论文的争议也由此开端。

撰文 | 王一苇

责编 | 陈晓雪

2015年10月,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘武等人一项针对中国南方一洞穴的研究,提出具有完全现代形态的人类到达华南的时间大约在8万年到12万年前。该研究在学术界引发热议,这一时间比在欧洲和西亚发现的现代人类要早3万~7万年,意味着在中国南方的现代人类可能是目前东亚最古老的现代人。

到了2021年2月,南京大学孙雪峰、复旦大学李辉等在《美国国家科学院院刊》(PNAS )发表论文称,经过对中国南方五个洞穴的考察,他们认为现代人类到达中国南方的时间不早于5万年前,其主要依据是古人类牙齿化石的年份测定结果和古DNA分析。[1]

2021年2月,南京大学孙雪峰、复旦大学李辉等在《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表论文,认为现代人类到达中国南方的时间不早于5万年前。

然而,孙雪峰、李辉等人的这项研究日前遭遇质疑。

美国东部时间5月24日,PNAS刊登了两封来信,其中一封来自刘武、吴秀杰团队,提出孙李等人研究中的关键牙齿化石之一并非人牙,而是鹿的牙齿。此外,质疑信指出,研究过程中样品的采集和处理也有诸多不清晰、不严谨之处。[2]

他(找到)的 ‘人牙’,严格意义上是一个小型食草类动物的牙齿。这封信的作者之一、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、道县福岩洞研究团队负责人刘武说,这是极其严重的硬伤了。

另一封信来自英国和德国学者,质疑孙、李团队在化石样本碳14测年的方式上可能存在问题,会导致测年数据不准确,可能低于化石的实际年龄。[3]

同日,PNAS 也刊登了孙、李团队的回应,称对于上述关键牙齿的形态学质疑不成立,该牙齿确为人牙,而测年结果即使有误差也不影响最终结论,因而论文结论没有问题。[4]

另外,也有专家认为,牙齿和测年都不是问题的核心,关键的是牙齿样品与之前研究的样本是否属于同一批。而且,在实际考古工作中,出于各种原因,在同一位置也有可能挖掘出年代相距甚远的样本。

就此,《知识分子》访谈孙雪峰、李辉团队和上述质疑信作者,并联系第三方专家,尝试厘清争论背后的核心问题。

拔掉阻碍非洲起源说的 最后一颗钉子?

美国东部时间2月8日,PNAS 刊发南京大学地理与海洋科学学院副教授孙雪峰、复旦大学生命科学学院教授李辉等合著的论文《古DNA和多种测年方式证实现代人晚到达中国南方》[1]。二人带领的研究团队经过多年对湖南福岩洞、湖北杨家坡洞、黄龙洞和三游洞以及广西陆那洞等五个南方洞穴的考察,用碳14测年和DNA提取等手段分析八颗来自杨家坡洞的人类牙齿和两颗来自福岩洞的牙齿,判断其年龄均不超过1.56万年,远小于其周围地层环境的形成年份。

通过这两个洞穴的人类化石证据和五个洞穴的动物化石和地层分析,研究人员提出,现代人类到达华南的时间应不早于5万年前,而不是一些研究估计的7-12万年。他们认为,比起之前的研究用洞穴流石(flowstone,指薄层水流或水滴在岩石上的沉淀层)的年代来判断现代人类存在的年代,他们对人类化石的直接分析更为准确。

李辉在接受媒体采访时称,这表明此前对解剖意义上的现代人到达华南的时间估计错误,实际上现代人类到达华南的时间较晚,因此其祖先更可能是来源于非洲,而非如一些假说提出,存在多地起源的可能性。阻碍非洲起源说的 ‘最后一颗钉子’ 被拔掉了。 李辉表示。[5]

新研究是否 指鹿为人?

然而,孙李等人的研究发表不久,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘武、吴秀杰团队即提出质疑,并于2月13日向PNAS 提交质疑信。

经过3个多月的审议,美国东部时间2021年5月24日,该信在PNAS 发表,题为《(中国)福岩洞新 ‘人类牙齿’ 的错误归类和不可靠背景信息》。信中指出,孙李等人原论文存在至少一处硬伤和多处不清晰、不准确的地方。

美国东部时间5月24日,PNAS发表了刘武、吴秀杰团队对2月PNAS论文中一些结论的质疑。

刘武、吴秀杰团队是最早发现和发掘福岩洞的团队。2015年,刘武、吴秀杰团队曾在《自然》发表针对湖南福岩洞的研究,推断现代人类到达该洞穴时间在8-12万年前,并据此提出现代人8-12万年前在东亚大陆已经出现 [6]。自2010年10月发现该洞穴后,他们连续3年开展考古作业,并在2015年6月结束考察。他们此次的质疑,也围绕孙、李团队在福岩洞的工作展开。

刘吴团队的质疑信首先提出,孙李研究中福岩洞牙齿的来源模糊。据孙雪峰等在论文中的描述,其年代样品采集地点和层位采用的是2015年刘武、吴秀杰团队在《自然》发表的论文对福岩洞洞穴内部发掘区域及堆积地层的划分。但刘武认为,文章提供的采样地点位置不够具体,很难判定采样位置与他们2015年研究中采样地点的匹配关系。

对此,孙李团队在信中回应,他们的样品来自2011-2013年(刘吴团队)挖掘的同一断面地层,并已经在论文中标示出了具体地点。

刘武表示,之所以有此质疑,是因为孙李论文的作者中没有任何一人参加过2010-2013年福岩洞的发掘工作,也没有咨询过他们团队的成员。洞穴内部结构复杂,仅凭2015年论文里的描述是否能准确找到相同位置进行挖掘,他表示怀疑。

一位不愿具名的第三方专家向《知识分子》表示,牙齿样品本身的可靠性是关键:原始的位置到底在哪里,是否和2015年刘武、吴秀杰团队挖掘的样品属于同一批。过往经验显示,即使在同一个地层中挖掘出的样品,也有可能不属于同一个时代——如果两者的样品不属于同一批次,那么用于比较并无意义。

紧接着,刘武、吴秀杰团队在信中提出 指鹿为人 的质疑:他们认为,孙李等人宣称在湖南福岩洞挖掘的两颗人类牙齿中,一颗标记为FY-HT-2的牙齿不是人牙,而是属于一种食草动物。这一判断基于孙等人论文中提供的牙齿照片的形态做出。

第一眼看到照片,就觉得这颗牙好怪, 中科院古脊椎所研究员吴秀杰说。吴秀杰长期在福岩洞做一线挖掘工作,2015年研究中的47颗人牙和大量动物牙齿大部分经她手出土。吴秀杰判断,编号FY-HT-2的这颗牙齿应该是某种动物牙齿,理由是FY-HT-2的形态与一般人类牙齿很不一样:人齿牙根一般较扁且直,齿冠的磨损主要在牙齿切缘和邻接面,即上下牙咬合的平面与并排牙齿相接触的平面,而这颗牙齿的牙根长且弯曲,齿冠的磨损主要在靠近舌侧,有一个明显的切面。

为确认这一分析,刘武、吴秀杰团队找到同所的哺乳动物系统演化专家董为。董为判断,这颗牙齿像是一颗鹿类的下颌侧门齿。

董为向《知识分子》解释说,牛、鹿等反刍动物上门齿退化消失,只剩牙龈的厚皮肤垫和下门齿摩擦。切割植物叶子时,下门齿就像一个切菜菜板,和人类的门齿功能接近,形态也比较类似,容易误判。 他认为,FY-HT-2的磨损面,更像是一颗小型哺乳动物的下颌侧门齿,尤其是鹿的下颌侧门齿,但他仍谨慎表示,具体要鉴定是哪种类型,需要拿标本来判断。 董为不是5月25日发表在PNAS 的质疑信的作者。

刘武说,孙李等人的论文中缺少对该牙齿的形态学描述,这也使得他们对研究的严谨性更加怀疑。考古学论文一般需标示牙齿样本具体是口腔中哪个位置的牙齿等形态学信息。同时,论文在重点标本上编号混乱,同时使用了FY-2HT,FY-HT2、FY-HT-2、FY2等不同缩写方式指代同一颗牙齿,缺乏最基本的化石形态研究规范。

对此,PNAS论文通讯作者之一、复旦大学教授李辉向《知识分子》表示,这颗牙齿是人牙的判断,是通过提取牙齿根部的DNA测序做出的, 为什么照片看上去有点奇怪,我们不知道。

而论文的第二作者、复旦大学科技考古研究院副研究员文少卿告诉《知识分子》,团队中另一位通讯作者、澳大利亚新南威尔士大学副教授达伦·库尔瑙(Darren Curnoe)负责鉴定牙齿类别。他曾在访问中国期间鉴定过这颗牙齿的实物,并确认是人牙。

5月24日,孙雪峰、李辉等人对于质疑进行了回应。

库尔瑙于2月25日回复《知识分子》邮件称尚未看到评论信件不便回复,之后再次回复称以刊登在PNAS的回应为准。这封于5月25日发表的回应信称,由于 FY-HT-2所有的舌侧和大部分咬合面及近中面表层的釉质缺损,重构 ‘类似鹿的’ 磨损与牙齿的实际保存状况并无可比之处。 信中认为,将该牙齿与多个鹿牙图片比较是一种 验证性偏见,而实际牙齿更接近于全新世(recent)人类牙齿,符合论文中DNA检测的结果。

论文作者发表在PNAS 的回应,比较了FY-HT-2(i)与敦煌佛爷庙湾-新店台墓群出土人牙化石(ii)及鹿牙化石(iii)| 图源:参考文献[4]

那么,仅仅从照片本身是否能判断出是否人牙?《知识分子》询问了英国伦敦大学学院考古研究所的研究员卡洛琳·兰多(Carolyn Rando)。兰多是人类遗骸鉴定的专家,未参与双方的研究。她认为,一般而言,仅仅通过照片来辨别一颗牙齿是否人牙是比较困难的,通常直接观察标本会更容易。但由于FY-HT-2的照片比较清晰,她倾向于同意古脊椎动物与古人类研究所专家们的判断,认为这不是一颗人牙。

她说,这一结论来自于以下观察:

首先,这颗牙齿齿冠的形态并不吻合任何人类牙齿的形态,无论是成人还是小孩的牙齿。它看起来最像人类的上颌侧门齿(而非图1中展示的门齿),但是它的齿冠太长太窄,与上颌侧门齿的形态不吻合。此外,如果它是一颗上颌侧门齿,根部也会更短。另外,也可能有人把它误认为下颌侧门齿,但牙齿的近中面形态也不吻合。

第二点是舌侧的牙齿磨损程度,FY-HT-2显然和人类牙齿不同,而更接近鹿牙的磨损情况。

虽然我不能100%确定我是正确的,因为我手上没有这颗牙齿的实物,但我觉得它并不太可能来自于人类。兰多说。

《知识分子》同时邮件咨询了其他八位来自不同国家的研究人类牙齿化石和动物化石的专家。其中七位均认为,从照片判断,该牙齿非人类牙齿。其中一些专家认为这颗牙齿比较像鹿类的下颌侧门齿,这与董为的判断类似。

唯一例外的是,德国慕尼黑古生物博物馆哺乳动物化石负责人葛楚·罗瑟娜(Gertrud Rssner)博士认为,该牙齿具有类似人类门牙的相对对称的牙冠,而不具有鹿类门齿不对称的特点,而鹿类门齿旁的犬齿虽然对称,但齿冠比较高,也不符合这颗牙的特点。因此它不是鹿类牙齿,而应该是人类牙齿。

据《知识分子》看到的邮件,PNAS 此篇论文的审稿编辑、斯坦福大学生物人类学教授理查德·克莱恩(Richard Klein)于北京时间2月24日回复刘武、吴秀杰团队,表示同意 FY-HT-2不是人类牙齿,承认在审稿中有所失误,并称无法理解为什么作者能从中提取出人类DNA。 在3月回复《知识分子》时,克莱恩并未直接回应FY-HT-2是否人牙的问题,但表示他作为编辑的职责是收集建议并提交给PNAS,而最终的发表决定由PNAS 的办公室做出。

牙齿验出人类DNA,是人牙铁证还是实验污染?

从样本中提取出人类的线粒体DNA,是孙李团队此次论文中另一项关键研究内容。他们测出福岩洞两颗牙齿的DNA序列属于人类,并和杨家坡洞提取到的四个DNA序列一起,与53例不同地区现代人、10例解剖学意义上的现代人、10例尼安德特人、1例更新世中期古人类以及1例黑猩猩线粒体DNA序列对比,建立了系统演化树,判断这些古DNA位于现代欧亚人类谱系范围,且与现代藏缅人群可能有遗传上的联系。

那么,如果形态学上仍有争议,DNA结果可以用于判断牙齿是否人牙吗?

对此,双方各执一词。孙李团队对DNA结果非常有信心,认为应以DNA证据为准;而刘武、吴秀杰团队认为牙齿遭到污染,DNA结果并不准确。

文少卿告诉《知识分子》,提取福岩洞两颗牙齿DNA的工作在2019年左右进行。论文第一作者孙雪峰将FY-HT-2牙齿根部的一小节交给他,而他按标准流程实验提取DNA。他们的comments(评论)说我们可能有问题,我们又重新check(检查)了所有的过程,他说,整个我们都看过,没有问题。

由于认定形态学上该牙齿不属于人牙,刘武、吴秀杰团队对此结论并不信服。吴秀杰认为,样品中提取的DNA有可能是外源性的人类DNA或细菌DNA。最大可能是污染导致的。

古DNA检测非常困难,污染也很常见,这也意味着研究者们需要格外小心。1990年代到本世纪初期,许多古DNA领域的初步结果,例如对恐龙DNA的检测,后来证实只是污染。德国马克斯·普朗克演化人类学研究所的演化遗传学家斯万特·帕博(Svante Paabo)曾有分析,几乎在每个动物化石中都能检测到人类的线粒体DNA [7]。

文少卿说,判断是否污染,目前的国际标准主要看两条。首先,DNA序列是否和人的序列一致;第二,DNA末端是否有损伤。如果有外源的人类DNA污染,那么测出的DNA末端是没有损伤的。而他们得到的序列与人的DNA序列高度一致,同时测出的DNA有高比例的末端损伤,这是古DNA的特点,排除了现代人DNA的污染。

我们做了污染的评估,发现是一致的,而且污染率只有0.44%,非常低。他说,样品经过次氯酸钠处理、紫外线寻找等一系列过程,不太可能测到附着的DNA。团队5月发在PNAS 的回应中也表达了相同意思,并提供了基因片段分析的相关图表。

在针对刘武等人质疑文章的回应中,孙雪峰等人展示了三幅图,用以支持古DNA的真实性。(1)线粒体基因组的覆盖度;(2)线粒体全基因组范围内测序数据内部的重合度;(3)测序片段范围内碱基的替换频率。

一位不愿具名的古DNA数据分析一线研究者向《知识分子》表示,前两幅图并不能作为回答古DNA是否真实的依据。而第三幅图,替换的频率只在5‘第一个或者3’最后一个碱基发生了变化。这个模式很可能是DNA建库过程中造成的损伤,与真实的古DNA损伤模式并不符合。由于第三幅图的标注缺失,很难判断,具体的碱基替换。而常见的古DNA损伤模式,应该是5’端 C>T 替换频率逐渐升高,而3’端G>A 替换逐渐升高。其次,古DNA由于年代久远,往往已经降解成短片段,因此如果作者能够展示提取DNA片段的长度,也有助于判断古DNA的真实性。

我只能说,不convincing(具备说服力)。 这位要求匿名的研究者说,论文作者如果正面回应争议,就应该提供详细数据,展示DNA损伤的量和分布图。

对此,文少卿回应称,他对DNA分析的准确性有信心。之所以第三幅图呈现这样的结果,是因为他在处理过程中采取了一种称为half-UDG的技术手段。在分析福岩洞两颗牙齿的DNA时,还未得到团队内测年专家提供的牙齿碳14测年结果,他预设这两颗牙齿很古老。当时孙雪峰给我们样本的时候,说这个样本用传统方法一定是8万年以上的。为得到更清晰的DNA片段,他采用的处理方法截去了大部分损坏的DNA末端,仅留下一部分。

文少卿说,他们的数据公布符合一般学术意义的公布标准,古DNA的序列已于论文发布时在全球基因数据库GenBank上提交 [8],但福岩洞的数据于今年4月才审核通过。另外他们会考虑 把最原始的数据公开,目前正在整理中。

《知识分子》看到,孙李2月份发表的论文在结尾处提供了杨家坡洞和福岩洞DNA数据在GenBank上的序列号 [9]。而GenBank上福岩洞两个牙齿样本DNA的发布时间为2021年4月18日。

对于论文中提到的福岩洞另一颗人牙DNA,刘武、吴秀杰团队也有质疑。

孙雪峰和李辉等人的论文描述了从上述两颗福岩洞牙齿中提取DNA的过程,在移除表面物质后,用琢美(Dremel,一种工具的品牌)工具和一次性钻头钻取每颗牙齿的根部(the root of each tooth),获取约30mg骨粉样本。

刘武称,从图片来看,这颗编号为 FY-HT-1的牙齿没有齿根,他无法理解李辉等如何钻孔并获得骨粉。

负责DNA取样的文少卿向《知识分子》解释说,这颗牙虽然没有根部,但有牙根残留,他们把牙根上残留的本质用牙科钻一点一点钻出粉来。

《知识分子》咨询的相关领域专家解释,牙齿的齿根、牙髓和临近的身体部位含有DNA,埋藏降解后,其残留有机成分可能存在附近的土壤、牙齿表面或齿冠内,最新的DNA技术已经能从土壤中发现这样的DNA,理论上化石本体更可能检测出。

测年亦有争议?

孙雪峰、李辉等人论文结论的主要依据,是所有五个洞穴中,测得的地层年龄均远高于动物和人类化石年龄。其中,牙齿化石的年份测定依靠的是碳14测年法,例如福岩洞的两颗牙齿FY-HT-1和FY-HT-2测得的年份分别为2000多年前和9000多年前,远低于洞穴内的8-12万年的地层年龄。他们认为,即使其测定的牙齿真为鹿牙,理论上并不影响碳14测年的结果和最终的结论。

但有同行对碳14测年的准确性也提出了质疑。

在PNAS 上与刘武等人的来信一起刊登的,还有孙雪峰等人论文早期版本的审稿人托马斯·海姆(Thomas Higham)的质疑,他对孙雪峰等人论文中的测年方法和结果存疑。2018年,孙雪峰等的论文曾提交《科学》(Science)杂志审稿,但遭拒稿,牛津大学考古学与艺术史研究实验室教授、碳14测年专家海姆是当时的审稿人之一。

对于论文最初被拒,孙雪峰向《知识分子》解释说,当时论文只研究了湖南的两个洞穴,拒稿原因是审稿人认为代表性不够,因此他们继续做了福岩洞等其他三个洞穴的研究。

今年3月,海姆邮件回复《知识分子》称,他拒稿的原因有两点,其一,一般而言,作者应该在论文中详细描述碳14测年的实际方法,但这篇论文中对方法的描述信息不足,导致他 担心结果的可靠性;其二,测年样本中,有超过90%以上的样本中胶原蛋白(collagen)的含量非常低,而这意味着样本污染的可能性很大。

胶原蛋白的水平低到我认为他们测的并不是胶原蛋白里的碳元素,而是洞穴泥土或沉积物里的碳, 他写道,因此我非常、非常怀疑结果。

孙雪峰等人的新论文在PNAS 发表后,海姆仍然认为测年数据有问题,并向PNAS 递交了评论信。

在这一评论中,海姆和德国马克斯·普朗克人类历史科学研究所卡特琳娜·多卡(Katerina Douka)博士指出,论文中提取胶原蛋白的方式没有清洗基底或用超滤法去除腐殖质,很可能导致污染,使碳14测定结果不准确。

对此,孙李团队在回应信中指出,由于样本太小,他们确实没有采用清洁更彻底的分子超滤法,但 我们的结果显示我们的方法测出了正确的年龄。 他们表示,实验中三种测年方式:胶原蛋白、碳酸钙和总有机碳(TOC)测年的结果区别不大,因此意味着污染程度不高。此外,尽管碳14测年有误差,但误差不会大到 将8万年以上的样本误判为全新世的。

碳14测年法又称放射性碳测年法,是利用放射性碳的衰变程度来推测样品大致年代的一种测量方法。生物样品中的胶原蛋白(collagen)含碳,提取胶原蛋白做碳14测年得到的结果可以代表生物样品的年龄。这种测定方式较为准确,在国际上通用,但实验过程中胶原蛋白的纯度非常重要,因为外来的含碳物质可能影响测年的准确性。

测定一个样品的碳14年代,需要通过水解、纯化、冷冻、干燥等步骤提取出纯净的胶原蛋白,这个过程会排除一些污染物。一般国际上公认的纯净胶原蛋白的碳氮比在2.9和3.5之间。[10] 这一测年标准由牛津大学碳14实验室经大量测试后提出。由于组成蛋白的氨基酸中氮含量较多,如果样本氮含量低于0.76%,碳氮比超出2.9-3.5的范围,就表示胶原蛋白有流失。这种情况下,测年的结果会有误差。

根据孙、李论文的附件,27个利用胶原蛋白做测年的化石样本中,仅有陆那洞的一个样本测了碳氮比,且碳氮比数据(67.1)远高于2.9-3.5的常规标准。

论文中样本的胶原蛋白测年大部分没有碳氮比数据,这给测年的准确性打上了问号。海姆和多卡表示,保存完好的胶原蛋白样本的碳氮比应该在2.9到3.5之间,且碳和氮的占比区间分别是约40%-45%和11%-16%,而孙、李等人论文的样本数据在这个范围之外,其中氮的占比全部低于1%,碳的占比也很低,碳氮比则远超合理范围。

这说明胶原蛋白或全碳中的胶原蛋白比例几乎接近于零,而测年数据可能完全来自外源碳。 海姆和多卡在发给PNAS 的评论中写道。

孙李团队中负责碳14测年的台湾大学教授李红春3月回复《知识分子》问询时表示,大部分样本中测得的胶原蛋白含量之所以少,是因为他们优先用样品做了碳14测年,剩下的才做碳氮含量的检测。

我们的每个样品都不到1克,而新鲜骨头含骨胶原通常也只有1%左右。因此,提出来的骨胶原必须先满足碳14定年,有剩余的才可能拿去测氮、碳含量和稳定同位素。所以只有那一个样品(LND-C-4-1)提取的骨胶原才有剩余做碳和氮含量。 李红春说。

但北京大学考古文博学院副院长吴小红告诉《知识分子》,测定碳氮含量是提取胶原蛋白后的标准步骤,是确定胶原蛋白是否保存完好、能否用于测年的关键。她认为,这起码说明上述实验过程并不规范。

吴小红是碳14测年的专家,她也参与了刘武、吴秀杰团队2015年论文中的碳14测年工作。她说,孙、李等人论文中样本的碳氮比很大,意味着样本可能受到污染。

李红春则认为,即使样品的碳14测年结果有误差,误差程度也不足以影响论文的整体结果。

所谓碳14年龄不可靠是一个程度问题, 他举例,如果一个样品的真实年龄是5000年的话,测量出碳14年龄只有3000年,可以说它不可靠。但是我们要证明的是这些骨化石是不是8万年前的,这和上述的‘不可靠’是不同数量级的问题。

地下水的活动会带进去一些有机质,影响碳14年龄。但我们从没有说这些碳14年龄就是样品的真实年龄,只是说它们受污染的影响不一定是让样品从8万年变到几千年。至少这个怀疑是合理的。 李红春说。

除了胶原蛋白测年,论文中将总有机碳(TOC)测定数据作为样品年代的做法也遭到质疑。

根据孙雪峰等人论文的附件数据,五个洞穴中92个碳14数据中,仅27个采用胶原蛋白测年,其余均采用了总有机碳(TOC)方法。

海姆和多卡认为,论文中采用TOC测定方式时的预处理方法 在过去20年间已被证明会严重低估旧石器时代材料的放射性碳年龄,而且在胶原蛋白含量低的样本中这个问题更为严重。

对于TOC测年不可靠的质疑,李红春回应,同时做了胶原蛋白和TOC的碳14测年的样本中,测得的年龄比较接近。如福岩洞的一颗动物牙齿FY3-5,胶原蛋白测得来自9160-9390年前,而TOC测得来自9200-9430年前。说明TOC虽然有污染,但并不严重。

但吴小红表示,样品中也存在胶原蛋白和TOC测年结果相差较大的情况,如陆那洞的动物骨头LND-C-8-3,胶原蛋白的结果是23794年上下,而TOC结果仅为9958年上下。该论文中,有12个样品同时测定了胶原蛋白和TOC,只有两个样品的结果误差较小(FY3-1和FY3-5)。

吴小红说,用TOC测定遗址出土骨质样品的年代得到的结果并不准确。做考古样品的人大概齐不会用TOC来测定年代,因为TOC是全碳,它代表这个样品的各类组分都在里头,不能完全排除环境污染物引入的碳。

但李红春补充,除了上述测年方法,还有其他方法佐证。他们在牙齿和骨头剖面中也采到了碳屑,这些样品测得的年龄也都小于4万年,有的只有几千年。

原则上,只要是文化层(注:人类活动遗留下的堆积层)中哪怕是有一个小于5万年的碳14年龄,那么用钙板的铀系测年(注:一种测定地层年龄的方式)来代表文化层年龄就需要受到质疑, 他说,除非你断定碳屑是后期带进去的,而化石是原生的。

另外,他提出,论文还用了DNA叶端定年(tip dating)的方式测定三颗人牙的年份,得出结论与碳14测年结论相近。2月在PNAS 发表的这篇论文显示,福岩洞两颗牙齿的叶端定年结果分别为3709年和11977年,接近碳14测得的2500年左右和9300年左右;杨家坡洞的一颗人牙叶端定年结果为7561年,而碳14测年结果为3310年。

(根据)这个定年结果,我无法支持这些遗址的AMH(解剖学意义上的现代人类)在8万年前存在的结论,李红春说。

一个难题:如何判断人类遗骸的年份?

今天,我们对人类遗骸的年份测定手段仍然有限。碳14测年法利用碳元素的半衰期来测定动物遗骸年代,能精准测定骨头和牙齿的年龄,误差在几十年内,但有大约4-5万年的测定上限。

目前发现最早的早期现代人化石,距今19.8万年的埃塞俄比亚Omo人类头骨化石,是通过测定化石附近的火山岩年龄来判断的。[11]

由于地层的沉积通常是按时间顺序发生的,地层越浅,其沉积年份就越年轻。考古学家一般认为测定人类遗骸上层的地层年龄,就能判断遗骸至少在这一时间之前就存在。在刘武、吴秀杰团队的工作中,他们通过测定遗骸上层的地层年龄,判断挖掘出的人类化石早于8万年前,并通过测定遗骸周边的破碎堆积物,判断上限年份为12万年。

而孙雪峰、李辉论文提出的主要观点是,洞穴早期地层中的现代人遗骸是地层重新填充造成的结构。根据同洞穴中发现人类遗骸的碳14测年和DNA证据,他们判断这些人类遗骸比其上沉积的地层更年轻,并提出假说,福岩洞和类似南方洞穴的 沉积历史可能更复杂,有可能是最上层的沉积层形成后,下层中空,水流将人类和动物遗骸冲刷到洞穴中沉积下来。因此,最上层的沉积物可能比下层更古老。

我们用新的挖掘和分析来证明了这种现象的普遍性,而不是讨论个案。并不期望有机会直接分析福岩洞原有挖掘过程和材料。所以是不是他们同样的样品,对论文结论没有影响。 李辉称,刘武、吴秀杰团队的质疑 细节很有意思,但是与论文的主题是略有偏离的。

他同时称,希望看到刘武、吴秀杰团队公布现代人牙齿样品的DNA数据和直接测年数据。这将是尤为有意义的工作! 他说,只有这样,这个讨论才能取得有益的进展。 其团队的回复信中也表达了类似观点,认为只有通过直接的人类化石碳14测年和DNA分析才能得到准确结果。

刘武告诉《知识分子》,他们从福岩洞挖掘得到的47颗牙齿有一颗作了DNA提取,但并未得到有效结果。此外,在2015年的论文中,他们做了三个动物化石和一颗人牙的碳14测年,但只得到其中一个动物化石早于43,000年的结论——这意味着该动物化石可能超出了碳14测年的范围,可能更古老。

而之所以没有进一步做DNA分析,是因为这类实验目前对样品是破坏性的。(样品)很珍贵, 刘武说,像我们做专业工作,一代一代寻找,极其艰难地发现了一点人类化石,是舍不得破坏的。几十年上百年留着,慢慢研究,随着方法进步,能提取更多的信息。因此道县的牙拿了一颗做,没有成功,我们就不舍得再破坏了。

而对于李辉团队 假覆盖 的假说,在刘武、吴秀杰团队中主要负责地层研究和测年工作的西安交通大学教授蔡演军向《知识分子》表示,洞穴的堆积存在李辉说的可能性,下层是再堆积形成的,但他们认为这种可能性很小。在2015年的论文中,他们也考虑到了这一点。论文指出,福岩洞人和动物化石分布之广泛,使得第二层的再沉积不太可能。

我们没有说100%,一定没有,是说很不可能(论文原文为highly unlikely)发生再堆积,他说,把出土化石的位置放在发掘平面上去的话,化石的分布面积是很广的,再堆积的话,不可能把这么大面积全部给充实了。

在多次对福岩洞的勘探中,蔡演军观察和分析得到了三项主要证据,得出地层按时间顺序沉积的结论:其一,地层从下至上分布着砾石、碎屑堆积和一层更细的沙石,是一个非常清楚的河流沉积序列,而之后洞穴内水滴下来,在地面结晶形成含有碳酸盐的盖板,覆盖原来的地层;其二,动物化石的碳14测年结果达到北京大学碳14测年的极限,证明化石很老;其三,动物化石的组合有一些绝灭种是存在于相对古老的年代的,超出三到五万年前的范围。

这是我在洞穴发现里面遇到最好的一个序列, 蔡演军说。因此,他通过对盖板的年代测定来确定人类牙齿埋藏的最晚时间。

但盖板测定并非易事,需要找到含有纯净碳酸盐的结晶。蔡演军也是通过几次勘察才找到一颗小石笋,测出其年龄为8万年。这颗小石笋的下方没有人类遗骸,但有一些同层的动物遗骸。

蔡演军说,现在仍没有能够非常准确测定古老人类化石年份的工具或技术方法。尽管目前的证据还不能完全否定其他可能性,但根据现有的地层分析、化石分布和动物群组成证据,他认为福岩洞的沉积是由老到新的时序沉积的。

这是一个开放的问题,我们不会完全去否定它, 他说,但根据我当时的判断,我认为他80-90%的可能性是不会(发生再堆积)的。(也许)有新的证据或者是其他年代测定比我这个更好,但是我认为目前还是没有的。

刘武说,他们的工作是 在现有的证据上的初步认识。

其实我们做科学研究,根据现有的证据,只能说提出一些假说或者看法,不管谁提出的假说看法,是否和历史真实一样,这谁也不知道, 他说,我们也不敢夸口说我们的科学研究就是历史真实,但是我们根据现有的证据、科学技术手段、研究方法和材料,只能得出这个结论。

他说,如果今后出现新的证据、新的研究方法,就会再调整。我们这工作是永远做不完的。

多位业内人士向《知识分子》表示,在这次的学术讨论中,首先需要厘清的问题仍是样本本身的可靠性,包括采集信息的准确。在确认基本事实之上,讨论碳14测年、DNA分析的准确性才有意义。

科学研究是一个循序渐进的过程,在还未发展出更精确的技术时,通过多种现有技术手段得出的结论值得反复推敲、讨论。而讨论的根基,是研究过程中对每个细节严谨性和真实性的追求。

科学的探讨总是有益的,而真理越辩越明。

参考资料

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1475-4754.2010.00574.x

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参考资料:https://www.donews.com/news/detail/9/3194964.html

一路象北 千百万年来发生过这么多回

一路象北 千百万年来发生过这么多回(资料图:郭肖聪 绘)

据《光明日报》:此次云南野象北迁,一路逛吃,引来众多关注。如将时间以百万年计,会惊奇地发现,在地质历史上,象类曾频繁、大规模地在我国南北方来回。这些长鼻子为何如此?云南地区在其中又起了什么作用?

记者近日从中国科学院古脊椎动物与古人类研究所了解到,该所王世骐团队根据对现有化石的研究,勾勒了象类上千万年的南北迁移地图。相关研究成果此前已发表在国际期刊《古地理学、古气候学、古生态学》上。

王世骐研究员介绍,大象在中国出现,有确切记录已有约1900万年,而研究发现,距今约2400万年前,起源于非洲的象类就可能曾经由尚未隆升的青藏地区,到达我国北方,包括嵌齿象、轭齿象等。此后,随着青藏高原抬升,这条迁移路线受阻,象类转而改道云南,经我国中部和东部向北迁移。

在约1800万年前,我国东部出现的脊棱齿象,就可能是从我国云南或东南亚等地向北迁徙的,最后甚至到达了日本。王世骐说。

历史上,因为气候变化等原因,象类曾多次南北来回流动。王世骐告诉记者,云南不仅是历史上象类北迁的重要通道,包括云南在内的我国南方,还是大象的避难所。他介绍,这主要是由于我国南方气候温和湿润,森林繁茂,而北方随着青藏高原的隆升,气候日渐干旱,不再适宜一些象类生存。因此,每遇气候变化,象类往往退缩至云南等地。

在约600万年前,全球进入暖湿时期,剑齿象和中华乳齿象在云南地区出现。此后,它们曾一同进入北方,留下了包括黄河象在内的许多化石。王世骐说,但好景不长,随着约300万年前气候再次急剧变冷,猛犸象在北方出现,剑齿象和中华乳齿象退回到云南等地蛰伏。

此次备受关注的亚洲象,又是什么时候出现的?王世骐告诉记者,亚洲象属在约150万年前出现在中国。随着约1万年前地球进入全新世温暖期,猛犸象、剑齿象等悉数灭绝,只留下亚洲象一种生活在中国的版图上。

除了更适应温暖的环境,和同样生活在南方的剑齿象相比,亚洲象的食物范围更广,因此得以幸存。在殷商时期,亚洲象曾在黄河流域分布,此后,由于人类对中原地区的开发,亚洲象一路南下,最终退至云南。王世骐说。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/5/3196624.html

意外发现非洲气候跷跷板 重新评估人类进化的现有气候框架

意外发现非洲气候跷跷板 重新评估人类进化的现有气候框架

据cnBeta:虽然人们普遍认为,气候变化推动了人类在非洲的进化,但对这种气候变化的确切特征及其影响却不甚了解。冰川-间冰期循环强烈地影响着世界上许多地方的气候变化模式,并被认为在过去约100万年的人类进化的关键时期调节着非洲的环境变化。由这些冰川周期驱动的生态系统变化被认为刺激了早期人类的进化和扩散。

本周发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一篇论文挑战了这一观点。Kaboth-Bahr博士和一个由多学科合作者组成的国际小组确定了古代类似厄尔尼诺的天气模式是非洲重大气候变化的驱动因素。这使得该小组能够重新评估人类进化的现有气候框架。

Kaboth-Bahr博士和她的同事们整合了来自整个非洲的11个气候档案,涵盖了过去62万年,以产生一个全面的空间图景,说明何时何地的潮湿或干燥条件在非洲大陆盛行。领导这项研究的Kaboth-Bahr博士解释说:我们惊讶地发现一个明显的东西向气候‘跷跷板’,非常类似于厄尔尼诺天气现象产生的模式,今天它深刻地影响着非洲的降水分布。

作者推断,热带太平洋对所谓的沃克环流(Walker Circulation)的影响是这种气候跷跷板的主要驱动力。沃克环流是赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的一种纬圈热力环流,影响热带地区的降雨和干旱。数据清楚地表明,湿润和干燥地区在非洲大陆的东部和西部之间的时间尺度大约为10万年,每次气候转变都伴随着植物群和哺乳动物群的重大转变。

Kaboth-Bahr博士解释说:这种干燥和湿润时期的交替似乎支配着非洲东部和西部的植被和哺乳动物的分散和演变。由此产生的环境影响可能也是人类进化和早期人口统计的一个重要组成部分。

科学家们敏锐地指出,尽管气候变化肯定不是驱动早期人类进化的唯一因素,但这项新研究还是为环境波动和我们早期祖先的起源之间的紧密联系提供了一个新的视角。

我们看到许多泛非洲哺乳动物的物种,它们的分布与我们确定的模式相吻合,它们的进化史似乎与非洲东部和西部之间的干湿振荡相衔接,共同作者之一、德国马克斯-普朗克人类历史科学研究所的进化考古学家Eleanor Scerri博士补充道。这些动物保留了人类进化环境的信号,看来我们的人类祖先可能也在整个非洲进行了类似的细分,因为他们受到了同样的环境压力。

生态区:不同生态区之间的过渡区域

科学家们的工作表明,在非洲东部和西部之间交替出现的类似跷跷板的降雨模式可能产生了至关重要的生态区–不同生态区之间的缓冲区,如草原和森林。

Kaboth-Bahr博士补充说:生态区提供了多样化、资源丰富和稳定的环境,被认为对早期现代人类很重要。它们似乎对其他动物群落当然也很重要。

对科学家来说,这表明非洲的内陆地区可能对促进人口的长期连续性至关重要。Scerri博士说:我们在整个非洲看到了我们物种早期成员的考古特征,但创新来来去去,经常被重新发明,这表明我们的深层人口历史看到了一个持续的锯齿状的当地人口增长和崩溃的模式。生态区可能为较长期的人口连续性提供了区域,确保更大的人类人口继续下去,即使当地物种经常灭绝。

通过一个新的气候框架重新评估这些停滞、变化和灭绝的模式将对人类的深层历史产生新的见解,Kaboth-Bahr博士说。这并不意味着人们在面对气候变化时束手无策,但栖息地可用性的变化肯定会影响人口统计的模式,并最终影响支撑人类进化的基因交流。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/2/3195006.html

英格兰发现1.5亿年前侏罗纪时期鲨鱼新品种Durnonovariaodus Maiseyi

英格兰发现1.5亿年前侏罗纪时期鲨鱼新品种Durnonovariaodus Maiseyi

据cnBeta:在一项新的研究中,由维也纳大学的Sebastian Stumpf领导的一个国际团队描述了一个古代鲨鱼的化石骨架,它被归入一个新的、以前未知的属种。这一罕见的化石发现来自英格兰的金梅里奇粘土层,这是一系列沉积岩,在大约1.5亿年前的上侏罗纪时期,在一个浅水的热带-亚热带海域形成。

这具鲨鱼化石的骨架是20多年前在英格兰南部海岸发现的,现在被保存在埃奇斯收藏馆。在未来的几年里,将对其中更多的鲨鱼化石标本进行调查。

由于鲨鱼一生都在更换牙齿,因此鲨鱼牙齿是化石记录中最常见的脊椎动物发现之一。另一方面,由于其矿物化程度较低的软骨骨骼的保存潜力,在大多数情况下,完全保存的标本无法被化石化。

由维也纳大学的Sebastian Stumpf领导的发表在PeerJ杂志上的新研究现在提出了来自英格兰Kimmeridge Clay Formation的一个新的古鲨鱼化石骨架,该化石岩层形成于晚侏罗纪的一个浅水、热带-亚热带海域。

这块新的鲨鱼化石大约有1.5亿年的历史,被归入一个以前未知的混合型鲨鱼属种,名为Durnonovariaodus Maiseyi。这一极其罕见的化石发现是近20年前在英格兰南部海岸发现的,现在被保存在Etches收藏馆,该馆是英格兰最具科学意义的化石收藏馆之一。

Hybodontiform鲨鱼是物种最丰富的已灭绝鲨鱼群体之一,代表了与现代鲨鱼最接近的亲属。它们首次出现在最近的泥盆纪,大约3.61亿年前,并在白垩纪末,大约6600万年前与恐龙一起灭绝。新的属和种Durnonovariaodus Maiseyi与以前描述的所有其他种类不同,包括那些以具有类似形状的牙齿为特征的鲨鱼。Stumpf说:”Durnonovariaodus maiseyi代表了一个重要的信息来源,可以更好地理解过去鲨鱼的多样性,也可以对混合齿鲨的进化做出新的解释,即使经过150多年的研究,人们对混合齿鲨的关系仍然了解不深。”

金梅里奇粘土层的科学重要性被更多的、但仍未被描述的混合齿鲨骨架所强调,这些骨架也被保存在Etches收藏馆中。对英国金梅里奇粘土层鲨鱼化石的研究将在未来几年继续进行,且肯定会有更多有待发现的惊喜。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/7/3196730.html

云南禄丰发现一具露出地表的恐龙化石

云南禄丰发现一具露出地表的恐龙化石

据楚雄州广播电视台(全媒体新闻中心记者 孟春晖 张浩程 冯兴瑞):前几天,有群众在禄丰市金山镇与中村乡交界的大荒田村发现了一条露出地表的恐龙化石,禄丰市恐龙化石保护研究中心及时组织人员对该化石进行研究发掘。

由于本次发现的恐龙化石出露点位于山坡上,因水土流失等原因,若不及时组织进行发掘,将面临自然风化破坏的风险。为了规避自然风化的风险,禄丰市恐龙化石保护研究中心及时组织人员对该化石进行抢救性发掘。

根据我们那么多年发现的化石来看,它应该是一条巨型禄丰龙品种的一个类型,那么就说根据它的尾部 大腿骨这些来判断,以往我们恐龙发掘来判断的话,应该是在八米左右。

随着挖掘的深入,这条恐龙化石的真容也逐渐浮出了地面,而这具恐龙超过70%的高完整度,也给现场专家带来了越来越多的震撼。

在整个全世界的恐龙化石挖掘现场来说,保存70%以上的化石都是很震撼的,也是很罕见的,如果是下一步挖掘当中,能够把颈椎头部找出来,那么就是一个国宝级的恐龙化石,也是世界挖掘史上应该说是很震撼的一件大事。

据推测,这具恐龙化石产自侏罗纪1.8亿年的地层中,目前,抢救性发掘正在抓紧进行。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/7/3196451.html

云南曲靖古鱼王国首次发现4.1亿年前游动的三叉戟——长吻三歧鱼

游动的三叉戟:长吻三歧鱼(右)与昭通三歧鱼(左)生态复原图(杨定华绘)

4.1亿年前云南曲靖早泥盆世布拉格期长吻三歧鱼化石照片(盖志琨提供)

三歧鱼三兄弟:长吻三歧鱼(左)、昭通三歧鱼(中)、越南三歧鱼(右)(郭肖聪绘)

长吻三歧鱼在曲靖发现的古地理意义(盖志琨提供)

长吻三歧鱼在曲靖发现的地层意义(盖志琨提供)

据中国科学院古脊椎动物与古人类研究所:近日,德国百年学术期刊《古生物多样性与古环境》(Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments)在线发表了由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所盖志琨等合作完成的对云南曲靖早泥盆世布拉格期徐家冲组长吻三歧鱼的最新研究成果。这是今年继橄榄纹曲师鱼之后,科研团队首次在曲靖古鱼王国中发现了长吻三歧鱼的踪影。长吻三歧鱼在曲靖古鱼王国的首次发现丰富了三歧鱼科的形态特征,为探讨盔甲鱼类在早泥盆世布拉格期的适应辐射提供了关键的材料,同时对于研究三歧鱼科的起源、多样性和迁徙也具有重要意义。

长吻三歧鱼在分类上属于无颌类盔甲鱼亚纲三歧鱼科,因其头甲形状如古代兵器三叉戟,前面吻突又极度延长而得名(吻突长度可达头甲中长的2.5),因此堪称泥盆纪海洋中游动的三叉戟。三歧鱼科在无颌类盔甲鱼中一直是一个神秘而独特的存在,其标志性的三叉戟形头甲和半月形鼻孔,很容易跟其他盔甲鱼类区分,目前仅含有1属3个种,分别是长吻三歧鱼、昭通三歧鱼和越南三歧鱼,堪称三歧鱼三兄弟。因此,三歧鱼科也是目前盔甲鱼类中唯一一个仅含有一个属的科级分类单元。长吻三歧鱼最初由盔甲鱼类研究第一人刘玉海先生1975年发现于四川江油龙门山雁门坝的泥盆纪地层,是世界上第一个具有完整身体保存的盔甲鱼类。同期刘玉海先生也报了发现于云南北部昭通地区同时期的昭通三歧鱼。云南昭通和四川江油在地理位置上离的很近,都属于华南板块北部,因此长期以来一直认为三歧鱼的生活区域可能仅局限于华南板块的北部。直到2002年赵文金等人在滇东南文山发现了长吻三歧鱼和2009年法国古生物学家菲利普.让维埃在越南北部发现了越南三歧鱼,人们才意识到三歧鱼分布范围比原来想象的要广泛,可能是盔甲鱼类中分布最为广泛的一个属种。 但是在三歧鱼的南北地理分布上,存在上千公里的地理间隔,对于游泳能力较弱,营底栖生活的三歧鱼是怎样完成了长距离的迁徙,一直是困扰古生物学界的未解之谜。此次长吻三歧鱼在云南曲靖古鱼王国的首次发现,不仅扩大了三歧鱼在华南板块的分布范围,而且曲靖地区恰好处在江油地区和越南北部地区之间的位置上,填补了三歧鱼南北分布的地理空白,为研究三歧鱼的南北迁徙路线提供了重要资料,因此又具有独特的生物地理意义。

长吻三歧鱼在曲靖的发现具有很重要的形态学和分类学意义。来自徐家冲的长吻三歧鱼的新材料表明它的感觉管系统属于多鳃鱼型,但是新材料相比以往的描述,多了两对中横管和更多的侧横管。对来自越南北部的越南三歧鱼的重新观察显示,也存在第二根中横管,只是在最初的描述中被误认为是一根中横管在保存过程的位置错位。因此,两根中横管的存在可以看作三歧鱼科的一个新的共近裔性状。双中横管曾经被认为是原始盔甲鱼类大庸鱼、汉阳鱼和修水鱼的原始特征。除此之外,三歧鱼与大庸鱼、汉阳鱼和修水鱼还有一些其他的相似的特征,例如,半月形的鼻孔跟修水鱼汉阳鱼的横长裂隙形鼻孔有几分相似,在长吻三歧鱼中有三条侧横管从眶下管中发出,越南三歧鱼中的后眶上管呈漏斗形等。根据现有的盔甲鱼亚纲的系统发育分析,三歧鱼科是始终是嵌套于华南鱼目内,跟鸭吻鱼科和华南鱼科的有着比较近的亲缘关系。因此,三歧鱼科与大庸鱼科、汉阳鱼科、修水鱼科等相似的形态特征,可能并非是从共同祖先继承来的,这说明在盔甲鱼辐射演化过程中存在大量的平行进化或返祖现象。

长吻三歧鱼在曲靖的发现也具有非常重要的古地理意义。三歧鱼分布的五个化石地点都属于华南板块,由扬子古陆和华夏古陆组成。早泥盆世期间,华南板块位于低纬度古赤道地区,并被古特提斯洋与古太平洋从劳亚古大陆和冈瓦纳大陆隔离开来。在扬子古陆和华夏古陆之间存在一个陆表海湾,即华南海(图4)。大约4.2亿年前(洛赫考夫期),中国南部发生海侵,海侵从西南向广西中部和西部延伸。大约4.1亿年前开始(布拉格期),在广西造山运动之后,华南海覆盖了华南板块南缘的大部分地区,这使得华南板块广泛发育了近岸含化石的硅质碎屑岩和石灰岩,比如广西六景的那高岭组、曲靖的徐家冲组、昭通的坡松冲组、文山的坡松冲组、江油的关山坡组、梧州的苍梧组、越南北部Khao Loc组和Si Ka组均为华南海附近的近岸至三角洲相沉积,为这时期的植物、鱼类和腕足类化石的保存提供了有利的沉积环境。在这一时间,古鱼类组合、早期维管植物组合和无脊椎腕足动物东京石燕(‘Spirifer’tonkinensis)组合面貌,表现出高度相似地方性色彩,跟世界其他地方的动物群面貌明显不同,比如尽管在澳大利亚、北美、欧洲和西伯利亚等地有大量早泥盆世鱼类化石发现,但跟我国华南板块的早泥盆世古鱼类面貌明显不同,特别是华南板块的无颌类盔甲鱼类和盾皮鱼类云南鱼类化石,呈现出很浓厚的土著性色彩。1981年,澳大利亚著名古鱼类学者加文· 杨(Gavin C. Young)首次将早泥盆世华南板块的古鱼类作为一个独立的动物区系,并命名为盔甲鱼—云南鱼动物区系。综合证据显示,今天的云贵高原和广西地区在4.1亿年前的早泥盆世是一片近于封闭的陆表海湾,即华南海,有一个间歇性向南的开口,形成了类似现代红海的那种封闭的环境。由于封闭海效应,形成了一个独立的生物演化区域,被称为生物多样性热点(biodiversity hotspot),生物在这个封闭的环境中独立演化,表现出很高的多样性和很强的土著性。

长吻三歧鱼在曲靖的发现也具有非常重要的生物地层意义。三歧鱼是盔甲鱼类中唯一一个同时出现在云南曲靖徐家冲组、云南文山、昭通的坡松冲组、四川江油关山坡组、越南Si Ka组和广西南宁那高岭组的盔甲鱼类,从而为它们之间的对比,提供了最直接的古鱼类学证据。特别是越南Si Ka组的越南三歧鱼,因其与廖角山多鳃鱼共生在一起,法国著名古生物学家菲利普.让维埃一直认为其出现的时代比中国的三歧鱼出现的时代要稍早一些,属于早泥盆世洛赫考夫期(约4.2亿年前)。但是,近年来的古生物化石证据显示,廖角山多鳃鱼的延续时代较长,可能从早泥盆世洛赫考夫期(约4.2亿年前)一直延续的早泥盆世布拉格期(约4.1亿年前)。三歧鱼是徐家冲组合的重要成员,通过对我国华南和越南北部早泥盆世的8个含鱼地层的综合对比表明,这些非海相三歧鱼所在的地层可以与广西六景段莲花山组和那高岭组之间的过渡层进行对比(图5),而那高岭底部含有时代明确的布拉格期牙形类标准化石。因此,越南北部的 Si Ka组中上部和广西的莲花山组上部的年代应该是布拉格期,而不是洛赫考夫期。华南板块布拉格期的古鱼类化石组合详细记录了盔甲鱼类尤其是华南鱼目在早泥盆世的快速辐射演化。

文章的第一作者和通讯作者分别中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的盖志琨副研究员和朱敏研究员,第二作者是来自山东科技大学的本科生姜文瑜,参与工作的还有曲靖师范学院的科研人员。姜文瑜是我所2018年大学生科创计划获资助者之一,在盖志琨副研究员指导下开展相关工作。科创计划以项目的形式,资助全国各高校中理工科专业二或三年级本科学生中的成绩优秀者,到古脊椎所开展6-12月的科研创新实践活动,这是我所大学生科创计划实施以来取得的又一较为瞩目的成果。该研究得到了国家自然科学基金,中国科学院前沿科学重点研究计划,中国科学院院战略性先导科技专项(B类)等项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1007/s12549-021-00486-z

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/7/3196469.html

在古生物化石宝库中探寻生命演化的奥秘——云南大学古生物学学科建设结硕果

在古生物化石宝库中探寻生命演化的奥秘——云南大学古生物学学科建设结硕果

据云南网(记者 陈怡希):1984年7月1日,已是侯先光到澄江县帽天山采集生存于寒武纪时期高肌虫化石的第五天。在野外连续工作了一个多月的他,却依然收获甚少。这一天,他依旧上山采集化石,首先发现纳罗虫标本,开启了保存软躯体化石的采集工作,使澄江生物群成为国际古生物学界、进化生物学界关注的焦点,也拉开了云南大学古生物学研究发展的序幕。

2001年,侯先光创建了云南大学澄江动物群研究中心。2004年,云南省古生物研究重点实验室在云南大学成立。2020年,学校整合古生物研究力量成立云南大学古生物研究院。

20年来,云南大学古生物学学科依托云南独特的、在世界科学界有广泛影响的古生物资源,着力探索寒武纪早期生物、重要动植物类群演化和陆地生态系统演替等重大学术问题,产出了一系列具有重大国际影响力的突破性学术成果,为我国早期生物演化与古生态研究走向世界前沿做出了贡献。

古生物研究成果打开生命演化之门

在2003年获得国家自然科学一等奖基础上,由云南大学古生物研究院完成的寒武纪特异保存化石与节肢动物早期演化研究项目通过了2020年度国家自然科学奖二等奖的评审公示,这是云南大学古生物学研究领域一项新的成就。

2021年,云南大学古生物研究院教授毕顺东在《Nature》发表文章,该研究基于对哺乳动物中耳听小骨连接关系的新发现,提出叠覆型砧骨-锤骨关节是中耳听小骨与下颌脱离的关键一步,解决了哺乳动物中耳和听觉演化研究中存在已久的难题。

2020年,云南大学古生物研究院研究员侯先光和马晓娅共同通讯在《Nature》发表文章,该研究在云南省东部富含软躯体化石保存的寒武纪地层里发现了一个新的多毛类动物,距今约5.2亿年前。研究表明该动物营管居固着生活,属于现生多毛纲的长手沙虫科,是目前已知的现生环节动物支系的最早化石记录,为了解环节动物的早期演化提供了重要证据,也揭示了寒武纪环节动物的生态和形态多样性。

2012年, 云南大学古生物研究院研究员马晓娅、侯先光在《Nature》发表文章,首次报道了特异保存的寒武纪节肢动物化石的脑神经构造。该研究被认为是最古老的动物神经系统的化石记录,该研究成果入选了中国科学院《2013科学发展报告》第四章2012年中国科学家具有影响力的部分工作。此后,该研究团队又于2013年和2014年分别在《Nature》上发表了寒武纪节肢动物中枢神经系统和寒武纪奇虾类动物神经系统。这些重要的化石脑和中枢神经构造的发现,为理解泛节肢动物神经系统的早期起源和演化提供了重要信息。相关研究成果得到了同行的赞同和广泛引用,带动了各国科学家在该领域进一步探索并取得一系列重要发现,从此奠定了一个新的研究领域——神经古生物学。同期,马晓娅研究员首次发现并报道了较古老的动物心血管系统,率先系统研究了寒武纪泛节肢动物的视觉系统。

2013年,云南大学古生物研究院教授张喜光在《Nature》发表研究论文,该研究发现头部的组构可为节肢动物的系统分类和进化史提供至关重要的信息,为节肢动物早期辐射分异和演化的深入研究奠定了良好基础。

2008年,云南大学古生物研究院研究员侯先光在《Science》发表文章,首次发现动物的复杂集群行为在寒武纪大爆发时期已经存在。

古生物研究院植物古生态团队对晚古生代至中生代石松、楔叶、蕨和种子蕨、松柏、苏铁、银杏等多类群化石植物开展了系统研究,为深入认识华夏植物群的组成面貌及其演替历程提供了一系列重要线索。近年来,基于植物化石保存的古生态学信息,团队在植物与昆虫的协同演化、昆虫农业化和社会化,以及深时陆地生态系统演替等方面取得突破性进展,相关重要成果发表在Nature Communications、Current Biology、Earth-Science Reviews等期刊,得到Nature Index的亮点推荐,并入选年度中国古生物学十大进展。

云南大学古生物学学科自创建以来,在国际重要学术期刊发表论文200余篇,其中,在国际顶尖学术期刊《Science》、《Nature》发表论文10篇。承担国家自然科学基金重点项目在内的省部级以上科研和人才项目50余项;获得国家自然科学一等奖和二等奖各1项、教育部优秀成果奖1项、英国古生物学会国际青年古生物学家奖1项、中国青年古生物学奖1项、云南省科学技术特等奖1项、云南省科学技术杰出贡献奖1项、云南省自然科学一等奖3项、云南省自然科学二等奖1项、云南青年五四奖章2项、云南青年五四奖章集体1项,为立足于云南的基础学科研究的国际影响力提升起到重要推动作用。

人才支撑让古生物研究往纵深发展

云南大学古生物学研究团队成军之初,只有寥寥几人。

如今,这支队伍不断发展壮大,坚守学术报国、科研强国的初心,秉承边疆资源、世界学术的科学追求,云南大学古生物研究院形成了一批以海外留学归来的爱国青年学者为主力的科研团队。

目前,云南大学古生物学研究院共有在职人员19人,年龄在45岁以下的科研人员占比近85%,16人在中国科学院或国内外著名高校获得博士学位,7人具有长期海外留学经历。其中德国洪堡学者1人、国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者1人、国家海外高层次引进人才青年项目入选者2人、国家百千万人才工程入选者1人、云南省云岭高层次人才2人、云南省中青年学术和技术带头人2人、云南省万人拔尖人才1人。古生物研究院拥有省重点实验室1个,教育部国际合作联合实验室1个、省创新团队1个。

青年人才不仅给研究院注入了新鲜血液,也把国际上最新的研究技术引入到了古生物学的研究当中。

作为海外归国人才,2015年,云南大学古生物研究院副院长刘煜首次引入使用显微CT技术对澄江化石中保存的动物三维结构进行无损研究。

在过去三十年间,研究人员在野外采集到化石后,利用钢针对标本进行清修,从标本表面获取信息,这种传统针修的方式对化石具有一定破坏性,现在直接将化石放入显微CT设备中,经过360度旋转扫描,得出上千张图像,然后再运用计算机软件将其拼合,得出来的化石三维模型能够清晰完整地揭示动物的身体结构。刘煜说,显微CT技术让曾经嵌在石头当中的标本从2D变成了更加立体直观的3D。从化石上提取的信息量从传统方式的30%—40%提升到了80%—90%。

近年来,刘煜不断在软件复原、扫描技巧方面不断探索和提升。2016年,研究院首次报道了呈三维立体保存的2毫米无节幼虫类节肢动物的最早化石记录。在澄江化石群长达30多年的研究历史中,如此精美保存的三维立体节肢动物幼虫标本的发现尚属首次。

荧光显微镜、电子扫描显微镜、显微CT……一系列先进的技术引入,真正的掀起一场寒武纪化石研究观测的技术革命。先进技术的运用也让古生物研究从以前的广度转向深度发展。

科研平台发挥重要科普宣传作用

在云南大学古生物学相关研究成果的有力支撑下,云南大学古生物研究院全力参与了申遗的具体工作,在发现帽天山澄江化石群的28年后,使得中国澄江化石地正式列入《世界自然遗产名录》,为申遗成功做出了关键贡献。

之后,我国首个建在化石地遗址上的自然博物馆拔地而起。

走进澄江化石地自然博物馆,一面半层楼高的化石墙伫立在主展厅一楼的正中央,这是一段取自澄江化石赋存最集中层位的地层,澄江化石群已发现的280余种寒武纪珍稀动物化石就是从这些地层中一块块敲出来的。博物馆收藏了来自世界各地的珍稀古生物化石和现生动物标本6万余件,其中尤以5.2亿年前的澄江生物群为代表,揭示了寒武纪时期的生命演化进程。

在澄江化石地自然博物馆建成之前,位于云南大学科学楼古生物研究院的化石展览厅就开始对外公开展示澄江动物群化石资源。研究院积极到中小学进行化石知识科普宣传教育,接受社会机构及个人邀请,对外开展化石鉴定、讲授相关知识技能,提高群众保护古生物化石的意识,普及化石保护知识。为保护国家化石资源,提升古生物科普教育,充分发挥云南化石资源在世界古生物研究中的重要价值和意义做出贡献。

一直以来,研究院都与世界各国一流科研机构保持着良好的合作关系,积极推动把云南独有的化石资源与合作机构的科研教育优势资源相整合,通过全面、系统的国际合作管理模式,优势互补,共同推动团队的人才培养、科学研究国际化进程,搭建起一个国际一流、创新思想突出、科研能力卓越、发展势头强劲的古生物学科研队伍合作平台。在此基础上,研究院于2017年获批建设教育部云南重大生物演化事件及古环境国际合作联合实验室。研究院与美国史密森研究院国家自然历史博物馆、英国自然历史博物馆、美国哈佛大学、德国慕尼黑大学、德国明斯特大学、英国莱斯特大学等高水平院校、科研机构保持的长期国际科研合作关系,为研究人员及学生提供了国际先进科学研究技术和前沿学术交流的平台支撑。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/5/3196757.html

在过去的1.8万年中全球植被变化率加速增长

在过去的1.8万年中全球植被变化率加速增长

据中国科学报(冯维维):在过去的1.8万年里,全球植被首先因伴随最后一次冰川消失的气候变化而发生变化,此后因为人类压力的增加而发生变化。然而,人们对全球植被变化的幅度和模式了解甚少。

通过对1181个花粉化石序列汇编,并利用新开发的统计方法,作者发现,从4.6万年前到2.9万年前,全球范围内的植被组成变化在加速,这在过去1.8万年里的全球范围内都是前所未有的。

全新世晚期的变化速率等于或超过了所有大陆的除冰速率,这表明人类对陆地生态系统的影响规模甚至超过了气候驱动的最后一次除冰。作者表示,从上个世纪的生态数据中可以看出,生物多样性变化的加速始于数千年前。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196687.html

1.2亿年前动物独立进化出掘土穴居的特征

1.2亿年前动物独立进化出掘土穴居的特征

据中国科技网:为了适应穴居和挖掘,哺乳动物们进行了哪些演化操作?来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等单位的研究人员,报道了1.2亿年前的早白垩热河生物群的两个哺乳形动物新属新种,分别是产自九佛堂组的三列齿兽中国掘兽和义县组的真三尖齿兽陈氏掘齿兽。

为了适应穴居和挖掘需要,这两个新种属演化出了相近的挖掘和适应穴居的功能。这是热河生物群中首次发现前爪挖掘型穴居哺乳动物。相关研究成果4月7日在线发表于《自然》杂志。

三列齿兽中国掘兽和真三尖齿兽陈氏掘齿兽正型标本的骨架都保存基本完好。其中,中国掘兽的正型标本保存有已报道三列齿兽中最完整的头后骨骼,也是热河生物群里首次发现的基干哺乳形动物化石,代表了非哺乳下孔类迄今为止已知最晚的孑遗物种。

两种动物都具有明显的、适应掘土穴居生活的肢骨特化。和地面行走奔跑、树上攀援、水中游泳的种类相比,其肢骨变得短粗,前肢尤甚,后肢较弱。肱骨强壮,其远端极宽,达到肱骨长度的60%—70%。强壮的内外髁突为腕部和指屈肌和伸肌的附着点,可以产生强大的内、外的力量,用于挖掘。

作为挖掘工具,两种动物的手掌宽阔,爪长而结实,第一指骨明显长于其它指骨,而其它的指骨和掌骨都变短、变粗。躯干长而灵活,脖子短粗有力,尾巴小减小阻力,这些都是挖掘型穴居动物肢骨常见的适应变化。

特别的是,在中国掘兽后掌中,第一掌骨和指骨完全退化丢失。陈氏掘齿兽的头骨也体现了一些相关的适应变化,头的轮廓呈三角形,吻部尖,鼻骨变厚,眼眶较小,枕部增大用于附着颈、肩部肌肉,以辅助掘地。中科院古脊椎所副研究员毛方园说。

基于简约法和似然法,这项研究进行了系统发育分析,从以哺乳型动物为主体,扩大到了哺乳形动物。毛方园表示,从该系统发育关系看,穴居和挖掘适应在不同的哺乳形动物中多次独立演化。由于适应类似的生态环境,以及有相似的生物力学需要,亲缘关系很远的物种也会趋同演化,形成类似的骨骼表型特征。但即便均为适应挖掘而演化出的同样强壮的手掌,也具有一些差异,中国掘兽的手腕部比较长,腕骨关节面不明显。而掘尖齿兽的腕骨跟现生哺乳动物的类似,紧凑而有明确的关节面。

为了适应穴居和挖掘需要,哺乳形动物的骨骼表现除了肢骨的特化,还伴随有椎体的形变和量变。根据现生哺乳动物基因调控中轴骨数目和体节分区形态机制,结合化石记录,研究人员提出哺乳动物化石躯干的多样性表型变化范围和现生哺乳动物的类似,体现了具有一定可塑性的发育机制,这种机制在中生代哺乳形动物中已经形成,并保持到现生种类中。

研究人员推断,为适应自然选择,一个物种产生的生态习性,如运动的快慢、背部稳定性、步态对称性以及新陈代谢效率等,会影响胚胎发育机制,在不同种类中形成多样的脊椎数量和形态的变化,从而使其躯干具有多种变化以适应不同环境。在化石和现存的哺乳动物形态中观察到的多种模式表明,发育和选择压力可能对特定物种的作用方式是不同的。但发育机制的可塑性和多样的选择压力,对哺乳形类动物中轴骨形态多样性演化起了关键作用。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196704.html

澳大利亚出现过的体型最庞大的恐龙被正式命名为Australotitan cooperensis

澳大利亚出现过的体型最庞大的恐龙被正式命名为Australotitan cooperensis

据cnBeta:大约9200万年前,绰号为”库珀”的恐龙被卡在了泥土里。泥浆封住了这只巨大长颈食叶恐龙,掩盖了它的骨头。2007年这只野兽化石从澳大利亚昆士兰州西南部小镇埃罗芒加附近的一个牛羊牧场下面被挖出。

经过14年的艰苦研究和分析,这个巨大的长脚动物标本被正式命名为Australotitan cooperensis。这种泰坦龙在白垩纪时期(大约9200万到9600万年前)称霸一方。Australotitan这个名字的意思是南方的泰坦,cooperensis代表了发现该化石的地区。

澳大利亚昆士兰博物馆和埃罗芒加自然历史博物馆的研究人员周一在《PeerJ》杂志上发表的一篇论文中详细介绍了这个标本。这种新的泰坦龙是澳大利亚最大的恐龙。多年来,研究小组慢慢地挖掘出”库珀”的化石碎片并对其进行分析,以更好地了解这个巨大的生物。他们从库珀的腿部和臀部发现了一排不同的骨头和骨骼碎片。在计算机三维分析的帮助下,该团队开始揭开库珀的故事,并对其大小、长度和质量进行估计。

这篇论文表示,库珀几乎有100英尺长,相当于一架空客A318客机的长度,比有史以来最高的长颈鹿还要高,后者在完全伸展的情况下,可以达到库珀的臀部。想象一下,库珀的脖子会有多大的额外高度?根据对长颈鹿的测量结果,库珀可能重达70吨,大约是非洲大象的10倍。

现在库珀发现的地点,已经成为澳大利亚发现恐龙的一个热点地区。早在2004年,罗宾的儿子桑迪发现了一块不寻常的石头,并把它扔在他的卡车后面。最后,他的父亲把它带到博物馆进行分析,并确认它是一个恐龙化石。但这仅仅是个开始。澳大利亚最大的恐龙的发现是完全出乎意料的,而且,事实证明,这只是后来无数重大恐龙发现的冰山一角。

相关报道:确认14年前发现的恐龙化石为新物种及澳大利亚最大恐龙

据人民网悉尼6月10日电(王泉骄):澳大利亚昆士兰博物馆和埃罗曼加自然历史博物馆发表公告称,于2007年在澳大利亚昆士兰州发现的一种恐龙遗骸日前被确认为恐龙新物种,并被认定为在澳大利亚发现的最大的恐龙。

2007年,在昆士兰州的埃罗曼加,人们首次发现了该恐龙遗骸。在发现之初,其绰号为库珀(Cooper) ,以其发现地埃罗曼加的库珀溪为名。科学家经过精心演算,推测这只恐龙约生活于9500至9800万年之前,其臀部处高达5至6.5米,身长25至30米,相当于一个篮球场的大小,两层楼的高度。目前这一恐龙命名为Australotitan cooperensis,其中Australotitan的意思是南方泰坦,cooperensis代表了发现该化石的地区Cooper。

早在2004年,现任埃罗曼加自然历史博物馆馆主、古生物学家罗宾麦肯齐的儿子在自家地产上发现了一块岩石,经研究确认是一块恐龙化石。这一发现促使了罗宾夫妇成立了埃罗曼加自然历史博物馆。在随后的10多年里,在埃罗曼加,有更多的恐龙化石被陆续发掘出来,其中就包括发现于2007年、如今被认定为恐龙新物种的遗骸。

公告称,科学家进行了多年的研究,认定这种泰坦龙是澳大利亚迄今为止最大的恐龙。罗宾说:这是第一只能够加入到大型恐龙精英群体中的澳大利亚恐龙。在此之前,这些恐龙大多发现于南美洲。对这种新恐龙物种的科学命名使我们多年的研究正式化。

此外,罗宾表示,这一物种新发现打开全新的世界,对于整个澳大利亚而言,都是一场特别有意义的旅程。考古旅游业在全球范围内规模巨大,期待今后边境重新开放后,会有更多国际游客前来昆士兰州探索恐龙遗址。

目前,南方泰坦的化石遗骸收藏于昆士兰州内陆埃罗曼加自然历史博物馆,可供公众参观和研究人员做进一步的研究。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/5/3196756.html

白垩纪末植物灭绝事件和现代雨林的起源

图1南美洲北部马斯特里赫特阶-古新世界限植物多样性和植物组成的变化(Carvalho et al., 2021)。(A)马斯特里赫特阶-古新世界限植物变化(绿色:灭绝植物;桔黄色:新生植物);(B)植物多样性变化;(C)植物灭绝速率;(D)植物产生速率;(E)存活率;(F)植物组成数量;(G)植物组成类型(绿色:马斯特里赫特阶;桔黄色:古新世);(H)被子植物含量

图2 树叶化石形态(Carvalho et al., 2021)

据中科院地质地球所(撰稿:姜文英/新生代室):发生在白垩纪和古近纪交界(K/Pg界线,~6600万年前)的小行星撞击地球事件,造成了大规模的快速灭绝事件,摧毁了地球上约3/4的生物。南美洲北部距离撞击点Chicxulub大约1500km,坐落在白垩纪-古近纪的古赤道,K/Pg事件对低纬热带雨林的影响仍然不清楚。

巴拿马史密森热带研究所的Mónica Carvalho博士、Carlos Jaramillo教授及其团队最近在Science发表论文(Carvalho et al., 2021)。该团队分析了哥伦比亚K/Pg界限前后5万多粒花粉和6000多块树叶化石,探讨了事件前后低纬热带地区的植物多样性、植物组成和森林结构的变化,以及K/Pg事件在重塑现代热带雨林方面的作用。

一、热带植被的灭绝和反转

南美洲热带的孢粉类型多样性在马斯特里赫特阶(Maastrichtian,~72-66Ma)比古新世中晚期(66-62Ma)高(图1A-图1E),在生物灭绝的高峰期(66Ma),孢粉类型多样性减少了45%,超出了在马斯特里赫特阶或古新世的灭绝量。在K/Pg界限之后,孢粉多样性仍然维持在较低的水平,直到60 Ma之后才基本恢复到灭绝前的水平,之后进一步增加;PETM事件发生时期(~56Ma)甚至超过了灭绝前的数量(Jaramillo et al., 2006, 2010)。

植被组成也在K/Pg界限前后发生了明显的变化(图1F, 图1G),并且这个变化是永久性的。马斯特里赫特阶被子植物和蕨类植物的比例差别不大,分别为47.9%和49.5%,而在古新世被子植物占主导,达84%(图1H)。裸子植物(主要是南洋杉科,Araucariaceae)的含量减少,从马斯特里赫特阶的2.5%,减少为古新世的0.4%。

K/Pg事件影响的范围、生物灭绝的程度以及生态系统恢复的格局,存在明显的地区差异(Jacobs and Currano, 2021)。在巴塔哥尼亚,植物多样性恢复较快,多达90%的植物类型重新出现在丹麦阶(Danian, 66-61.6Ma)(Barreda et al., 2012),而在北美北部大平原,大约30%的植物遭灭绝,植物的恢复较慢,直到古新世末期或始新世早期(~56Ma),植物多样性才恢复到灭绝前的水平(Peppe, 1998;Wing et al., 1995)。

二、叶面形态和森林类型

叶面形态分析的样品来自马斯特里赫特阶Guaduas化石群(2053个化石)、中晚古新世Bogotá化石群和Cerrejón化石群(4898个化石)。

作者在马斯特里赫特阶Guaduas植物化石群识别出41种被子植物和4种蕨类植物,古新世Bogotá植物化石群发现46种被子植物和2种蕨类植物,Cerroejón植物化石群包含58种被子植物、5种蕨类植物和1种针叶树。3个古植物群中被子植物的叶面形态均与现代热带雨林相似,叶子较大,边缘没有锯齿,叶尖细长(图2)。根据叶面积推测,维持Guaduas、Bogotá和Cerroejón古植物群生长需要的年平均降水量分别为234-293cm、182-184cm和240-308cm。

作者比较了Guaduas、Bogotá和Cerroejón等3个古植物群与现代热带雨林树叶的亲缘关系,发现与Guaduas古植物群具有亲缘关系的科一级的被子植物,广泛分布在热带低地,如Lauraceae、Araceae、Theaceae、Arecaceae、Rhamnaceae、Piperaceae、Salicaceae、Canellaceae、Dilleniaceae、Urticaceae和Monimiaceae等。古新世Bogotá古植物群和Cerroejón古植物群相似,则包含了现代热带雨林的主要树种,包括Fabaceae、Euphorbiaceae、Lauraceae、Salicaceae、Violaceae、Malvaceae、Melastomataceae、Rhamnaceae、Arecaceae、Eleaocarpaceae和Araceae等。因此在科一级的植物组成上,古新世古植物群比马斯特里赫特阶古植物群更接近现代雨林。

单位面积叶脉长度的分布(leaf vein length per area: VLA)和叶表皮(leaf cuticles)稳定碳同位素(δ13C)可以反映森林的树冠结构(Canopy structure)。Guaduas古植物群VLA值相对较高,呈单峰分布,树叶δ13C值较低。相反,Cerroejón古植物群VLA值呈双峰分布,树叶δ13C值的范围较大,与郁闭度高、多层结构的现代热带雨林相似。因此,作者推测马斯特里赫特阶的热带雨林,很有可能是较为开放的环境,有利于呼吸作用产生的CO2和大气CO2的混合,林下层和树冠层之间光照强度的垂直差异较小,与多层结构的古新世古植物群相比,这些开阔的森林通过蒸腾作用产生的降雨可能更少。

三、现代雨林的起源

白垩纪以前,热带雨林相对开阔,植被由被子植物,蕨类植物和针叶树(主要是南洋杉科)组成。而古新世森林,则与现代植被非常相似,郁闭度高,多层结构,植被以被子植物为主,其组成在科一级的水平上相似。

马斯特里赫特阶和古新世森林虽然在植物组成和树冠结构方面存在差异,但叶面形态的相似性表明这两个明显不同的生态系统,其气候状况却是相似的,均为湿润的热带气候。不同之处在于马斯特里赫特阶雨林相对开阔,被子植物种类不丰富,针叶树种类尽管很少,但数量相对稳定,另外,碳的固定速率、蒸腾蒸发作用和营养物质的循环可能也比古新世雨林小。而古新世雨林郁闭度的增加,导致光照和水的利用产生明显的垂直差异,为植物新种的出现和生长方式的改变创造了条件,形成了类似现代雨林那样复杂的垂直结构。

这些显著的差异引发2个问题:(1)在白垩纪末,被子植物在种类和生态方面都呈现出多样性,从水生植被到高大树木(Wing and Boucher, 1998; Jud et al., 2018),生长环境多种多样,完全具备形成郁闭树冠的有利条件,可是为何马斯特里赫特阶雨林的郁闭度较低? (2)古新世和马斯特里赫特阶的气候条件十分相似,可是为何古新世雨林没有重新回到与马斯特里赫特阶相似的雨林,反而演变成另外一种不同的植物群落和结构?

由此,作者提出了以下三种现代雨林起源的假设:

(1)大型食草动物的干扰。在撞击事件前,大型食草动物,主要是恐龙,通过不断践踏和大量进食,连续地干扰生境,产生林隙,减少了相邻植物对光照的竞争,从而保持了雨林的开放性。大型食草动物在白垩纪末灭绝,减少了林隙的形成,触发热带植物之间对光的竞争,产生了更多荫蔽的栖息地,导致对光和水分等生长需求不同的新种的产生;

(2)与土壤营养物质有关。马斯特里赫特阶南美洲北部为广袤稳定的低地,经历了持续几百万年的湿润气候,风化作用强烈,导致土壤贫瘠,营养物质较低,只能维持开阔的森林。而撞击事件产生的灰烬丰沃了热带土壤,有利于生长速度比针叶树和蕨类植物快的被子植物的繁殖;

(3)与选择性的灭绝有关。尽管南洋杉科的种类不多,他们是形成晚白垩纪的树冠结构的重要因素,由于南洋杉科的生态范围较窄,以及较少的树木生长方式,极易遭受大规模的灭绝事件。相比之下,马斯特里赫特阶被子植物较高的生态多样性,以及更高的全基因组复制能力,使他们更能抵抗灭绝。因此在白垩纪末,针叶树几乎从热带雨林中消失,为被子植物在古新世期间形成多样化的树冠创造了更多的生存空间。

主要参考文献

Barreda V D, Cúneo N R, Wilf P, et al. Cretaceous/Paleogene floral turnover in Patagonia: drop in diversity, low extinction, and a Classopollis spike[J]. PLoS One, 2012, 7(12): e52455.

Carvalho M R, Jaramillo C, de la Parra F, et al. Extinction at the end-Cretaceous and the origin of modern Neotropical rainforests[J]. Science, 2021, 372(6537): 63-68.

Jacobs B F, Currano E D. The impactful origin of neotropical rainforests[J]. Science, 2021, 372(6537): 28-29.

Jaramillo C, Ochoa D, Contreras L, et al. Effects of rapid global warming at the Paleocene-Eocene boundary on neotropical vegetation[J]. Science, 2010, 330(6006): 957-961.

Jaramillo C, Rueda M J, Mora G. Cenozoic plant diversity in the Neotropics[J]. Science, 2006, 311(5769): 1893-1896.

Jud N A, Michael D D, Williams S A, et al. A new fossil assemblage shows that large angiosperm trees grew in North America by the Turonian (Late Cretaceous)[J]. Science Advances, 2018, 4(9): eaar8568.

Peppe D J. Megafloral change in the early and middle Paleocene in the Williston Basin, North Dakota, USA[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2010, 298(3-4): 224-234.

Wing S L, Alroy J, Hickey L J. Plant and mammal diversity in the Paleocene to early Eocene of the Bighorn Basin[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1995, 115(1-4): 117-155.

Wing S L, Boucher L D. Ecological aspects of the Cretaceous flowering plant radiation[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1998, 26(1): 379-421.

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/5/3196756.html

此前在澳大利亚发现的巨型恐龙化石来自一种全新恐龙品种南方泰坦巨龙

此前在澳大利亚发现的巨型恐龙化石来自一种全新恐龙品种南方泰坦巨龙

据新华社北京6月14日电:一个国际科研团队近日报告,此前在澳大利亚发现的巨型恐龙化石来自一种全新恐龙品种,这种恐龙也是迄今澳大利亚陆地上发现的最大型的恐龙。相关论文近期发表在美国《同行评议科学杂志》上。

论文推测说,这种恐龙活着的时候站立时臀部高度约为5米至6.5米,其口鼻部至尾巴末端的长度可达25米至30米。

该巨型恐龙的骨骼化石最早于2004年在昆士兰州西南部城镇伊罗曼加被发现。由于发现地位于库珀溪附近,研究人员当时给它起了一个昵称库珀龙,并在此后的10余年来持续对库珀龙的化石碎片进行分析研究。

论文第一作者、昆士兰博物馆研究人员斯科特·霍克纳尔说:为了确认‘库珀龙’是新的品种,我们需要把它的骨骼与在昆士兰和全球发现的其他恐龙的骨骼进行比对。这是一项极为漫长和艰巨的任务。

研究人员运用三维扫描技术对每块骨骼进行数字化扫描,并与其他恐龙骨骼进行比对后发现,库珀龙是一种新恐龙品种,属于蜥脚类恐龙,生活在白垩纪中期,并将其正式命名为南方泰坦巨龙。

霍克纳尔说,这种恐龙与之前在澳大利亚发现的三种恐龙——温顿巨龙、迪亚曼蒂纳龙和草原龙这些体型较大的恐龙属于同一家族,而库珀龙又是其中最大的一种。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/7/3196605.html

古基因组研究系统绘制出四万年来东亚北部人群的群体动态演化图谱

古基因组研究系统绘制出四万年来东亚北部人群的群体动态演化图谱

据光明日报:考古证据显示,冰河时期,尤其是末次盛冰期的气候变化影响了人群的迁徙和种群的大小变化,但一直缺少相关的遗传学证据和针对性研究。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队与云南大学张虎才研究组合作,对东亚北部人群的古基因组开展了研究,系统绘制出四万年来东亚北部人群的群体动态演化图谱,为探究东亚北部人群的适应性遗传变异情况及相关基因的选择机制提供了新的思路和证据。

这一成果于北京时间5月27日在线发表于国际学术期刊《细胞》上。

付巧妹介绍,研究团队开展了迄今为止东亚时间跨度最长的古基因组研究。该研究通过古基因组实验技术,获取我国东北地区黑龙江省距今33000~3400年的25个早期人类样本的古基因组数据,其中11例个体超过1万年,涵盖了整个末次盛冰期(距今约2.65万年~1.9万年),填补了东亚北部人群遗传历史的相关时间断层。

研究团队还将这些研究结果与此前从田园洞人化石中获取的基因组进行比较,进行演化遗传学与群体遗传学分析,得出了许多结论。付巧妹说:田园洞人距今有四万年,是中国以至东亚最古老现代人的基因组序列。

据付巧妹介绍,距今约3.3万年的AR33K个体与田园洞人的遗传成分相似。这表明在末次盛冰期之前,田园洞人相关人群在东亚北部广泛存在。但分析距今1.9万年的AR19K个体的古基因组却发现,这一时期的人类基因组已经发生了变化,这表明在末次盛冰期前后,也就是1.9万年左右,东亚北部人群发生了特殊变化,之前广泛存在的田园洞人相关人群可能消失,东亚古北方人群此时已在黑龙江出现。付巧妹说:这一结果将此前研究所发现的东亚南北方人群遗传分化的时间(9500年前)往前推了近万年。

研究还对末次盛冰期后东亚北部人群的流动情况进行了分析——通过获取末次盛冰期之后黑龙江地区的16例个体基因组数据(距今约1.4~0.9万年),发现黑龙江流域人群的遗传连续性可能早在1.4万年前就已经开始,这比此前假说所提出的时间向前推进了6000年。该结论与黑龙江地区陶器和玉器最早出现在1.5万年前的考古记录相符。

毛晓伟介绍,研究也对东亚北部人群的适应性遗传变异情况展开了探索。此前研究发现其EDAR基因的V370A突变与东亚典型体征如更粗的毛发、更多的汗腺和铲形门齿有关。毛晓伟说,大规模的古东亚人群基因组研究能更直接、深入地揭示出该基因的出现时间和可能的选择机制。我们发现,除田园洞人及末次盛盛冰期之前的AR33K个体以外,EDAR基因的V370A突变出现在包括AR19K在内的所有已知的古东亚人群之中。这一结果表明,EDAR基因的V370A突变率在末次盛冰期快结束或之后不久的时间里可能升高,该结论也使得所估算EDAR突变基因出现时间的上限提早并更为精确。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196916.html

广西东兴发现侏罗纪时期恐龙化石

广西东兴发现侏罗纪时期恐龙化石

据广西东兴(记者:曹晓玟、何深雅):日前,广西东兴市新发现古生物恐龙化石!经广西区域地质调查研究院和广西第三地质队的专家们认定:这些化石是侏罗纪时期的恐龙化石。东兴市境内首次发现的恐龙化石,对研究恐龙生活范围、演变以及广西古地质环境变迁均有重要科研价值。

6月15日,东兴市自然资源局邀请广西区域地质调查研究院和广西第三地质队的专家团队,来到东兴市修建的高铁站站前路附近,经现场实地勘察后,认定这是迄今为止我国最南端沿海沿边发现的恐龙骨骼化石。在地理纬度上,比2002年在江山半岛发现的恐龙化石还要往南一公里左右。

广西区域地质调查研究院陆刚专家向记者介绍,目前发现的化石主要散布在侏罗纪晚期地层中,包括恐龙的肢骨、椎体等,具体的恐龙种类需等待进一步研究确认。

工地的李东生师傅是第一个发现这些恐龙化石的人。他介绍说,由于前一天刚下过雨,将现场化石冲刷的比较干净,化石上的纹理很清晰,他第一时间就发现挖出来的石头与其他石头不一样,遂向工地业主东兴开投集团报告。

目前,东兴市人民政府已组织将该工地保护起来,四周围起警戒线,并安排人员24小时值守,防止无关人员进入现场。下一步将会根据专家提出的意见和建议,对现场进行合理的保护和挖掘。

我们脚下真是一片神奇的土地!

相关报道:广西防城港东兴市发现侏罗纪晚期恐龙化石

据中新网防城港6月17日电(翟李强 王伟臣 刘芳):广西防城港东兴市高铁站进站大道项目施工现场近日发现疑似恐龙化石,后经专家团队确认,此次发现的是侏罗纪晚期恐龙化石。目前,数十块恐龙化石碎片已被集中收集保管,待作进一步研究鉴定确认。

17日,记者在东兴市高铁站站前路项目现场看到,现场已被封闭保护,暂停施工,遍地是赭石色的岩层。目前暂存于东兴市自然资源局里的恐龙化石可清晰看出其骨骼形状,最大块的长50cm,宽30cm。

据了解,6月10日,在东兴市高铁站站前路施工现场,工人李东生在施工时发现岩石有异常,联想到其见过的化石,遂向项目业主单位报告。

6月15日,广西第三地质队、广西古生物化石专家委员会、广西区域地质调查研究院等机构的专家经现场实地勘察后确认,这些异常的岩石是侏罗纪晚期恐龙骨骼化石。

广西第三地质队地质专家黄山认为,根据现场勘查及对比基础地质资料,确认站前路施工场地揭露的岩层形成于距今约1亿多年的侏罗纪,该地质年代正好是大型动物恐龙的鼎盛时期。

黄山介绍,新1:50万地质图显示,东兴市至防城港市海岸线一带呈北东东向长约50公里、宽约3.5至15公里的区域分布有侏罗系地层,主要为上侏罗统东兴组,次为中侏罗统石梯组。他建议今后在这一侏罗系地层分布区域开展的工程建设、矿产勘查开发工作,要有意识地收集恐龙化石遗迹的信息。

广西区域地质调查研究院专家陆刚介绍,目前发现的化石主要散布在侏罗纪晚期地层中,包括恐龙的肢骨、椎骨等,具体的恐龙种类需等待进一步研究确认。

专家团队表示,此次在东兴市新发现的侏罗纪恐龙化石比早前在广西崇左市扶绥县发现的白垩纪恐龙化石年代更为久远,拓宽了广西恐龙化石分布范围,为恐龙的栖息地及其古地理、古气候研究提供了新地点新资料。

专家团队建议,应立即对恐龙化石发现点进行保护,对已经发现的恐龙化石进行收集,集中统一存放予以保护,保护好工地现场及周边相关土地,立即组织专家商讨恐龙化石点的挖掘、保护和科研的进一步工作并尽快落实。

据了解,东兴市政府正筹备成立恐龙化石挖掘保护工作领导小组,做好恐龙化石的长期保护工作。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/5/3196881.html

解锁冰河时代东亚人群遗传图谱和适应性基因演化

解锁冰河时代东亚人群遗传图谱和适应性基因演化

样本地理位置和年代信息

末次盛冰期前后的东亚北部人群动态示意图

据中国科学院古脊椎动物与古人类研究所:谈到几万年前的冰河时期,我们立即会联想到动画电影系列冰河时代中古代人类形象和当时与其共存的猛犸象、剑齿虎等已灭绝动物的卡通形象。我们也会不禁追问到,当时的东亚人是如何生活的,他们跟我们有什么区别吗?研究表明,冰河时期尤其是末次盛冰期的气候变化对欧洲人群的迁徙和种群大小变化构成影响,考古证据表明其对亚洲高纬度和高海拔地区的人群历史也有类似的影响,但缺少相关的遗传学证据与针对性研究。在这一时期,尤其是末次盛冰期前后的东亚北部人群是否因气候的剧烈变化而发生相应人群的更替或迁徙交流?东亚人群是否携有与这一时期环境适应性相关的特有基因?这些都是关于东亚人遗传构成亟待探索而颇具挑战的关键问题。

2021年5月27日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队与云南大学张虎才研究组(第一作者为中科院古脊椎所毛晓伟副研究员,通讯作者为中科院古脊椎所付巧妹研究员和云南大学张虎才教授)合作在Cell杂志在线发表了题为The deep population history of northern East Asia from the Late Pleistocene to the Holocene的文章。团队对东亚北部人群的古基因组开展了研究,系统绘制出四万年来东亚北部人群的群体动态演化图谱,为探究东亚北部人群的适应性遗传变异情况及相关基因的选择机制提供了新的思路和证据。

一、迄今东亚时间跨度最长的古基因组研究

该研究通过最前沿的古基因组实验技术,获取我国东北地区黑龙江省距今33000-3400年的25个早期人类样本的古基因组数据(其中11例个体超过1万年),涵盖了整个末次盛冰期,填补了东亚北部人群遗传历史的相关时间断层。另外,研究还结合了田园洞人(付巧妹团队此前从我国北京四万年前的田园洞人化石中获取的中国以至东亚最古老现代人的基因组序列)展开演化遗传学与群体遗传学分析,将时间跨度延展到距今四万年到三千年。这里指的末次盛冰期约在2.65万年前开始,一直持续到约1.9万年前,这是距现在最近的极寒冷时期。

二、末次盛冰期之前的东亚北部人群

该研究指出生活在末次盛冰期前、距今约3.3万年的AR33K个体与距今4万年田园洞人的遗传成分相似。这表明在末次盛冰期之前,田园洞人相关人群在东亚北部广泛存在。

三、末次盛冰期末期出现最早的东亚古北方人群

为进一步探究末次盛冰期气候变化如何影响东亚北部人群,该研究针对生存在末次盛冰期末期、距今1.9万年的AR19K个体的古基因组展开分析。这是东亚首例末次盛冰期前后的人类基因组,其数据表明在末次盛冰期前后(1.9万年)东亚北部人群发生了特殊变化,即之前广泛存在的田园洞人相关人群可能消失,东亚古北方人群此时已在黑龙江出现。这一结果将此前研究所发现的东亚南北方人群遗传分化的时间(9500年前)前推了近万年。

四、末次盛冰期之后的东亚北部人群

末次盛冰期之后,东亚北部人群的流动情况又是如何?本研究通过获取末次盛冰期之后黑龙江地区的16例个体基因组数据(距今约1.4-0.9万年),发现黑龙江流域人群的遗传连续性可能早在1.4万年前就已经开始,这比此前假说所提出的时间向前推进了6000年。该结论与黑龙江地区陶器和玉器最早出现在1.5万年前的考古记录相符。另外,本研究发现生活在末次盛冰期后、距今1.4万年前的AR14K个体更符合古西伯利亚人群(美洲之外与美洲原住民最相关的人群)所混有东亚祖源成分的来源。

五、东亚北部人群的适应性遗传变异

研究对东亚北部人群的适应性遗传变异情况也展开探索。此前研究发现其EDAR基因的V370A突变与东亚典型体征如更粗的毛发、更多的汗腺和铲形门齿有关,因此理解其自然选择机制,对研究东亚人群的适应性变异至关重要。本研究通过对大规模的古东亚人群基因组研究,更直接、深入地揭示出该基因的出现时间和可能的选择机制。研究发现,除田园洞人及末次盛冰期之前的AR33K个体以外,EDAR基因的V370A突变出现在包括AR19K在内的所有已知的古东亚人群之中。这一结果表明,EDAR基因的V370A突变率在末次盛冰期快结束或之后不久的时间里可能升高,该结论也使得所估算EDAR突变基因出现时间的上限提早并更为精确。

随着古基因组技术与遗传学分析手段的不断进步,及国内专业团队与考古机构多方、跨学科合作的大力开展,针对东亚人群的古基因组研究已然迎来飞速发展的时刻。本研究首次在东亚地区开展跨度为四万年的大规模人类古基因组研究,且首次利用古基因组在适应性方面探究东亚人群重要表性特征的演化来源,揭示出东亚北部距今40000-3400年的的人群动态遗传历史,并为进一步探索东亚人群与环境的关系提供了重要遗传学证据。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.040

相关报道:解锁东亚人的哲学三问 研究揭示冰河时代东亚人群遗传和适应性基因演化

据中国科学报(韩扬眉 崔雪芹):我是谁?我从何而来?我将去何处?东亚人将如何回答这哲学三问?

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹团队与云南大学教授张虎才团队合作研究了东亚北部人群的古基因组,系统绘制出4万年来东亚北部人群的群体动态演化图谱,为探究东亚北部人群的适应性遗传变异情况,以及相关基因的选择机制提供了新的思路和证据。日前,相关成果发表于《细胞》。

我是谁?

研究表明,冰河时期尤其是末次冰盛期的气候变化,对欧洲人群的迁徙和种群大小变化构成影响。考古证据表明,其对亚洲高纬度和高海拔地区人群的演进历史也有类似影响,但缺少相关的遗传学证据与针对性研究。

在这一时期,尤其是末次冰盛期前后,东亚北部人群是否因气候的剧烈变化而发生相应人群的更替或迁徙交流?东亚人群是否携有与这一时期环境适应性相关的特有基因?在付巧妹看来,这些都是关于东亚人遗传构成亟待探索而颇具挑战性的关键问题。

末次冰盛期约在2.65万年前开始,一直持续到约1.9万年前,是距今最近的极寒冷时期。

自2016年开始,付巧妹团队通过前沿的古基因组实验技术,获取了我国东北地区黑龙江省距今3.3万年至3400年的25个早期人类样本的古基因组数据,其中有11例样本超过1万年。

这些样本涵盖了整个末次冰盛期,填补了东亚北部人群遗传历史的相关时间断层。此外,研究人员在我国北京4万年前的田园洞人化石中,获取了中国乃至东亚最古老现代人的基因组序列,并对其展开演化遗传与群体遗传学分析,时间跨度从4万年前到3000年前。

我从哪里来?

从古基因组中,研究人员描绘出末次冰盛期前后,东亚北部人群是如何动态演化的。

研究表明,生活在末次冰盛期前、距今约3.3万年的东亚北部人群个体与距今4万年的田园洞人的遗传成分相似,即在末次冰盛期之前,田园洞人相关人群在东亚北部广泛存在。

为进一步探究末次冰盛期气候变化如何影响东亚北部人群,研究人员分析了生存在末次冰盛期末期、距今1.9万年的东亚北部人群个体的古基因组。

这是东亚首例末次冰盛期结束前后的人类基因组,其数据表明在1.9万年前的末次冰盛期前后,北部发生了人群特殊变化,即之前广泛存在的田园洞人相关人群可能消失,而东亚北方的古人群此时已在黑龙江出现。付巧妹表示。

这一结果将此前研究所发现的东亚南北方人群遗传分化的时间,从9500年前向前推了近万年。

末次冰盛期之后,东亚北部人群的流动情况又如何?

通过获取并分析末次冰盛期之后黑龙江地区16例个体基因组数据,发现黑龙江流域人群的遗传连续性可能早在1.4万年前就已经开始。这比此前假说所提出的时间向前推进了6000年。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员毛晓伟表示。

这一结论与黑龙江地区陶器和玉器最早出现在1.5万年前的考古记录相符。

此外,该研究发现,生活在末次冰盛期后、距今1.4万年的东亚北部人群个体更符合古西伯利亚人群所混有的东亚祖源成分的基因来源,西伯利亚人群是除美洲之外与美洲原住民最相关的人群。

我到哪里去?

东亚北部人群是如何演化的?研究人员对东亚北部人群的适应性遗传变异情况也展开了探索。

此前研究发现,其EDAR基因的V370A突变与东亚典型体征——如更粗的毛发、更多的汗腺和铲形门齿有关。科学家认为,其自然选择机制对研究东亚人群的适应性变异至关重要。

该研究通过对大规模的古东亚人群基因组的研究,更为直接、深入地揭示了该基因的出现时间和可能的选择机制。

研究发现,除田园洞人及末次冰盛期之前的AR33K个体以外,EDAR基因的V370A突变出现在包括AR19K在内的所有已知的典型古东亚人群之中。

这一结果表明,EDAR基因的V370A突变率在末次冰盛期阶段或之后不久的时间里可能升高,该结论也使得所估算EDAR突变基因出现时间的上限提早并更为精确。

该研究是首次在东亚地区开展跨度为4万年的大规模人类古基因组研究,且首次利用古基因组在适应性方面探究东亚人群重要表性特征的演化来源,揭示东亚北部距今3.3万年至3400年的人群动态遗传历史,为进一步探索东亚人群与环境的关系提供了重要遗传学证据。

付巧妹表示,随着古基因组技术与遗传学分析手段的不断进步,国内专业团队与考古机构多方、跨学科合作的大力开展,针对东亚人群的古基因组研究迎来飞速发展的时刻。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/7/3196999.html

缅甸琥珀中发现的曾被认为是小型恐龙的化石现被证实是蜥蜴新物种Oculudentavis naga

缅甸琥珀中发现的曾被认为是小型恐龙的化石现被证实是蜥蜴新物种Oculudentavis naga

据cnBeta:外媒报道,一篇突破性的论文为一种神秘的小型恐龙的身份提供了新的线索,新研究表明,化石遗骸实际上是一种未知的蜥蜴。Oculudentavis naga是一种生活在9900万年前的蜥蜴新物种,但直到最近人们都认为它是一种完全不同的生物。

事实上,它最初被确定为一种恐龙。在缅甸发现的第一个琥珀中发现的小头骨特征是大眼睛和一个短拱形的脑壳以及一个长牙齿的下颌骨,科学家们此前认为它是已经灭绝的鸟类恐龙始祖鸟的近亲。

然而这一结论被证明是有争议的,最初的评估在2020年年中被撤回。现在,来自同一地区的第二个标本–只是保存得更仔细–可以获得重新评估。

西班牙巴塞罗那古生物研究所Català de Paleontologia Miquel Crusafont的Arnau Bolet是发表在《自然》上的这项研究的第一作者,他解释称:这个标本一开始让所有参与研究的人都感到困惑,因为如果它是蜥蜴,那它就非常不寻常。它不仅包括头骨,还包括一些颅后部分,少量的脊柱和胸带也被包裹在石头中。

为了比较这两个遗骸,微型计算机断层扫描产生了化石的数字片段。对这两个3D模型的比较产生了一个惊人的发现:这两个头骨在被保存在液体琥珀中时已经变形,并且两者之间的差异被夸大了。

在一个化石中,口鼻被压力压缩进而形成了更像喙的轮廓。然而在另一个实验中,最聪明的大脑也被压缩,这让它看起来像蜥蜴的头骨。

Bolet表示:我们得出的结论是,这两个标本非常相似,属于同一个属–Oculudentavis,但一些差异表明它们代表了不同的物种。

最重要的结论是,虽然Oculudentavis可能很奇怪,但它是一只奇怪的蜥蜴而不是一只奇怪的鸟。新的解释和系统发育位置突出了一个罕见的案例,即在头骨比例上的趋同进化,但在形态特征上显然不是,该研究总结道,我们的研究结果再次确认了缅甸琥珀在从化石记录中很少出现的森林生态系统中产生不寻常物种方面的重要性。

当然挑战在于,缅甸并不是一个容易获得化石遗骸的地方。随着今年早些时候军方控制了缅甸,合乎道德的获取缅甸琥珀已经变得几乎不可能。这个特定的样品则是从一个授权的合法出口商那里购买的并且有一个经过认证的书面记录。所以是否能很快出现另一块化石还有待观察。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196761.html

内蒙古发现的特异埋藏早白垩世植物化石群为被子植物起源之谜提供关键证据

利用分割显微断层扫描数据三维重建的内蒙古早白垩世盔籽植物

内蒙古早白垩世硅化的盔籽植物解剖结构

内蒙古霍林河盆地早白垩世硅化植物化石剖面

据中国科学院南京地质古生物研究所:被子植物(有花植物)是植物界最进化、种类最丰富的植物大类群,在现今陆地生态系统中占据主导地位。被子植物的起源和早期演化一直都是演化生物学中最重要的科学问题之一。而被子植物化石在1亿多年前的白垩纪地层中突然大量出现,似乎与进化论的观点生物演化是渐进的相悖,达尔文对此感到困惑不解,称之为讨厌之谜。

近日,南京古生物所史恭乐研究员领衔的由中、美两国科学家组成的国际团队,在我国内蒙古发现了一个特异埋藏的早白垩世植物化石群,通过对其中保存精美的硅化植物标本的研究并结合谱系发育分析,发现被子植物的祖先类群早在距今约2.5亿年前就已经出现。相关研究进展于2021年5月26日在英国《自然》(Nature)杂志在线发表。

分子谱系学重建的种子植物系统发育认为,现生裸子植物和被子植物是远亲。所以,回答被子植物起源的问题,需要在绝灭化石类群中寻找被子植物的近亲。

本次在内蒙古发现的硅化植物化石,不仅完整的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。通过重建化石植物的三维外观形态和内部解剖结构,发现其中已绝灭的一类种子植物——盔籽,具有类似被子植物原始类群外珠被的结构——包裹种子的弯曲壳斗。裸子植物的种子仅有一层珠被,而被子植物的种子则具有两层珠被,这被认为是被子植物区别于裸子植物最重要的特征之一。

基于已发表的种子植物形态数据矩阵和本次研究的新认识,研究团队重新构建了一个包括31个分类群和83个性状的形态数据矩阵,通过不同方法的谱系发育分析均显示,包括盔籽植物、开通植物等在内的,具有相似弯曲壳斗的绝灭种子植物是被子植物的近亲,并很可能包括了被子植物的直接祖先。这一大类绝灭种子植物的化石可追溯至晚二叠世,表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。

相关研究是中国古植物学对被子植物演化理论认识的重要突破,为理解被子植物白垩纪之前的演化提供了关键证据,部分程度上回答了达尔文的讨厌之谜。

研究得到了中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金和美国国家科学基金等项目的支持。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/5/3195522.html

陕西省延安市安塞区发现保存良好的恐龙足迹和龟类游泳迹化石

陕西省延安市安塞区发现保存良好的恐龙足迹和龟类游泳迹化石

兽脚类足迹

龟类足迹

化石点概貌

据上观新闻:6月11日,中外遗迹学研究团队宣布,他们在陕西省延安市安塞区发现了一组保存良好的恐龙足迹和龟类游泳迹,并据此首次提出了与龟类有关的遗迹相。

一个新的遗迹相,海龟足迹遗迹相

2020年8月,陕西省延长油田杏子川采油厂勘探科职工惠瑞瑞与延长石油集团研究院驻厂人员马浪、李欣伟,在安塞区马家沟村附近勘查油区时,无意中发现了恐龙足迹。同年12月,中国地质大学(北京)邢立达课题组在采油厂的支持下前往现场勘查,在安塞柳沟峁确认并新发现了一系列脊椎动物足迹,包括兽脚类足迹、龟类游泳迹、古脊椎动物虫迹等多种古生物遗迹。

柳沟峁的脊椎动物足迹位于一块落石之上,包括了5个孤立的恐龙足迹和6个孤立的龟类足迹。

发现的兽脚类足迹呈三趾型,趾痕尖锐。尽管保存较好的两个足迹标本的长宽比都明显低于经典的实雷龙足迹,且有着更宽的趾间角,但由于标本数量较少且保存较差,无法进行更精细的划分,学者将其归入实雷龙足迹科。根据足迹大小推断,至少有两种不同体型大小的兽脚类曾经在该足迹点经过并留下了印记。据测算,造迹者的体长分别为8.1米和6.5米,其中前者的尺寸十分接近大型兽脚类恐龙。

柳沟峁足迹点最重要的发现是一批龟类足迹,所有龟足迹都保存为凸型足迹,且都是三趾或四趾的爪状痕迹,长2.3–11.4厘米,趾痕通常表现为延长的爪痕,趾间角小到几乎为零——爪痕几近相互平行。一般而言,大多呈细长划痕都被解释为浮游或游泳动物在水中游动时留下的爪印,造迹者可能是鳄类、龟类等。然而,柳沟峁的这种爪状痕迹以拱形结构相连接,形似蹼足,这与鳄类足迹明显不同,因此被归为了龟鳖类足迹。

中生代的龟类足迹通常被分为两类:海龟足迹属和加拉帕戈足迹属。此前,学者将含游泳迹的遗迹相都归划痕足迹遗迹相,然而,划痕足迹遗迹群落中并未包括龟类足迹。由于特殊古地理和古环境的原因,国内并未发现构成划痕足迹遗迹相的要素之一——海氏足迹属型鳄类游泳迹。而中国的湖泊沉积中,已经多次发现了龟类游泳迹的化石组合,研究人员因此提出了一个新的遗迹相——海龟足迹遗迹相。

柳沟峁游泳迹,目前国内最古老龟类足迹

兽脚类恐龙和龟类足迹在柳沟峁足迹点的同时出现,即陆生和水生四足动物在同一地点以不同方式行进(步行和游泳)所留下的足迹组合,代表两种不同的遗迹相、生物行为和古环境在同一地区的交汇。

足迹学专家邢立达表示,据以往的足迹化石记录可推断,中侏罗世时期陕西北部已经出现了高度多样化的恐龙动物群。柳沟峁足迹点的发现,为此足迹动物群增加了更大型的兽脚类足迹和龟类足迹。

与横亘整个中生代的兽脚类足迹记录相比,此前的龟类足迹化石大多数来自白垩系地层。本研究中的柳沟峁游泳迹是目前国内最古老的龟类足迹。

海龟足迹属遗迹相/遗迹群落的提出,有助于未来对中国湖泊遗迹相的划分和分析。

参与研究的单位来自中国地质大学(北京)、延长石油集团研究团队、美国科罗拉多大学、德国古爬行及两栖动物博物馆、美国查尔斯顿学院。

相关报道:陕西延安发现侏罗纪肉食龙足迹 推测体长可达8米

据新浪科技:中外遗迹学研究团队宣布,他们在陕西省延安市安塞区发现了一组保存良好的恐龙足迹和龟类游泳迹,并据此首次提出了与龟类有关的遗迹相。参与研究的单位来自中国地质大学(北京)、延长石油集团研究团队、美国科罗拉多大学、德国古爬行及两栖动物博物馆、美国查尔斯顿学院。

论文主要作者包括中国地质大学(北京)邢立达副教授,美国科罗拉多大学丹佛分校马丁·洛克利 (Martin G。 Lockley) 教授,陕西省延长油田杏子川采油厂刘雪峰、张志升、惠瑞瑞等,论文发表在本期的《历史生物学》杂志上。

2020年8月,陕西省延长油田杏子川采油厂勘探科职工惠瑞瑞与延长石油集团研究院驻厂人员马浪、李欣伟在安塞区马家沟村附近勘查油区露头地层展布情况及沉积构造现象时,无意中发现了恐龙足迹。同年12月,中国地质大学(北京)邢立达课题组在采油厂的支持下前往现场勘查,在安塞柳沟峁确认并新发现了一系列脊椎动物足迹,包括兽脚类足迹、龟类游泳迹、古脊椎动物虫迹等多种古生物遗迹。

柳沟峁足迹点位于中侏罗统直罗组上段顶部。直罗组为广泛分布于鄂尔多斯盆地,是典型的干旱气候下的沉积产物,整体为河流相碎屑岩沉积,厚度一般为100–200米。柳沟峁的脊椎动物足迹位于一块落石之上,保存在土黄色、浅黄绿色中–细粒砂岩的层面上,包括了 5 个孤立的恐龙足迹和6个孤立的龟类足迹,同时还可以观察到泥裂构造,波痕以及无脊椎动物遗迹化石。

发现的兽脚类足迹呈三趾型,趾痕尖锐,尽管保存较好的两个足迹标本的长宽比都明显低于经典的实雷龙足迹 (Eubrontes), 且有着更宽的趾间角,但由于标本数量较少且保存较差,无法进行更精细的划分,学者将其归入实雷龙足迹科 (Eubrontid)。 根据足迹大小推断,至少有两种不同体型大小的兽脚类曾经在该足迹点经过并留下了印记,据测算,造迹者的体长分别为8.1米和6.5米,其中前者的尺寸十分接近大型兽脚类恐龙,例如异特龙,巨齿龙类。

柳沟峁足迹点最重要的发现是一批龟类足迹,所有龟足迹都保存为凸型足迹,且都是三趾或四趾的爪状痕迹,长2.3–11.4厘米,趾痕通常表现为延长的爪痕,趾间角小到几乎为零——爪痕几近相互平行。一般而言,大多呈细长划痕都被解释为浮游或游泳动物在水中游动时留下的爪印,造迹者可能是鳄类、龟类等。然而,柳沟峁的这种爪状痕迹以拱形结构相连接,形似蹼足,这与鳄类足迹明显不同,因此被归为了龟鳖类足迹。

中生代的龟类足迹通常被分为两类:海龟足迹属 (Chelonipus) 和加拉帕戈足迹属 (Emydhipus)。 此前,学者将含游泳迹的遗迹相都归划痕足迹 (Characichnos) 遗迹相,然而,划痕足迹遗迹群落中并未包括龟类足迹,并且,由于特殊古地理和古环境的原因,国内并未发现构成划痕足迹遗迹相的要素之一——海氏足迹属 (Hatcherichnus) 型鳄类游泳迹。而中国的湖泊沉积中,已经多次发现了龟类游泳迹的化石组合,我们因此提出了一个新的遗迹相——海龟足迹遗迹相,包含龟类游泳迹的遗迹群落都可以归类在此。

兽脚类恐龙和龟类足迹在柳沟峁足迹点的同时出现,即陆生和水生四足动物在同一地点以不同方式行进(步行和游泳)所留下的足迹的组合,代表两种不同的遗迹相、生物行为和古环境在同一地区的交汇。柳沟峁这种共现是实雷龙足迹遗迹群落与新定义的海龟足迹属遗迹相的交集。

此外,柳沟峁还发现了多种无脊椎动物遗迹化石,包括:十足类甲壳动物的居住和进食痕迹——海生迹,环节动物、帚虫或昆虫的钻穴迹——石针迹,多毛类或其他无脊椎动物的潜穴,以及腹足类或甲壳类的行迹等等。

足迹学专家邢立达表示,据以往的足迹化石记录可推断,中侏罗世时期陕西北部已经出现了高度多样化的恐龙动物群,包括以异样龙足迹属 (Anomoepus) 和三角足迹属 (Deltapodus) 为代表的鸟臀类恐龙,和中–大型兽脚类恐龙,卡岩塔足迹属 (Kayentapus) 和实雷龙足迹属 (Eubrontes)。 柳沟峁足迹点的发现为此足迹动物群增加了更大型的兽脚类足迹和龟类足迹。

总之,柳沟峁的最大足迹标本的出现证实了中侏罗世时期该地区存在大型兽脚类恐龙。中国侏罗系和白垩系地层中以兽脚类为主和富兽脚类的足迹化石组合十分常见,而直到近些年来,中国中生代的龟类足迹才陆续被发现。与横亘整个中生代的兽脚类足迹记录相比,此前龟类足迹化石大多数都来自时代较新的白垩系地层。因此,本研究中的柳沟峁游泳迹是目前国内最古老的龟类足迹。此外,兽脚类恐龙和龟足迹的同时出现则代表了两种遗迹相重叠的复杂状况。海龟足迹属遗迹相/遗迹群落的提出有助于未来对中国湖泊遗迹相的划分和分析。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196908.html

通过Massospondylus carinatus研究发现南部非洲恐龙的生长速度极其不规则

通过Massospondylus carinatus研究发现南部非洲恐龙的生长速度极其不规则

据cnBeta:任何养过孩子或宠物的人都会知道他们的成长有多稳定,很多歌词也都会提到我们在渐渐长大。出差数周,当你回家的时候孩子要是长高了好几厘米,对于现代家庭来说绝对是很令人吃惊和罕见的。但远古时代的恐龙是如何长大的?他们是否也会因为不停地生长而让他们的父母感到惊讶?

由威特沃特斯兰德大学的荣誉研究员,纽约市美国自然历史博物馆的金伯利·查佩尔博士领导的一项新研究表明,不是。至少对于一个标志性的南部非洲恐龙物种来说是如此。通过在显微镜下观察大腿骨化石,研究人员可以计算生长线,就像树木的生长线一样。这使他们能够研究这些个体每年成长多少。通过观察Massospondylus carinatus骨骼中的生长环,查佩尔博士能够表明它的生长在每个季节都是不同的,生长模式更像一棵树而不是一只小狗或人类婴儿,一年他们可能增加100公斤的体重,而第二年他们只增长了10公斤!

Massospondylus是一种中等大小的恐龙,体重可达500公斤,生活在早侏罗纪,即2亿年前。它以蕨类植物为食。该研究表明,Massospondylus的生长直接反应了其环境条件。在一个有大量雨水和食物的好年份,该物种可能会争先恐后猛长,体型几乎翻倍。在营养物质匮乏的坏年头,它可能根本就不生长。

查佩尔和她的同事建议,这样的生长策略可能帮助Massospondylus应对2亿年前三叠纪末大灭绝后的恶劣环境条件,当时有超过50%的物种被毁灭了。

Massospondylus是早在1854年命名的第一批南部非洲恐龙之一,我们仍在从它身上学到很多东西。它告诉我们关于我们过去的环境和2亿年前的南部非洲是什么样的。这项研究显示了大样本量的力量,威茨大学的教授和这项研究的共同作者Jonah Choiniere说,”当我们能够像Massospondylus那样对一只恐龙从胚胎到成年进行研究时,可以开始将它们作为活的动物来理解。”

来自布隆方丹国家博物馆的Jennifer Botha博士是这项研究的共同作者,他说:在恐龙身上看到如此多样的生长模式是令人兴奋的,这表明我们对这些独特的生物还有很多东西要学习。。

参考资料:https://www.donews.com/news/detail/1/3196378.html

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