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華南甕安地區埃迪卡拉紀陡山沱組首次發現黃鐵礦化的真菌狀微體化石
2021-01-29 10:14:45   來源:化石網   評論:0 點擊:

華南甕安地區埃迪卡拉紀陡山沱組首次發現黃鐵礦化的真菌狀微體化石(化石網整理)據中國科學院南京地質古生物研究所:真菌是何時開始登陸的?近日,由中國科學院地球化學研究所、南京地質古生物研究所等中外多家


華南甕安地區埃迪卡拉紀陡山沱組首次發現黃鐵礦化的真菌狀微體化石

(化石網整理)據中國科學院南京地質古生物研究所:真菌是何時開始登陸的?近日,由中國科學院地球化學研究所、南京地質古生物研究所等中外多家單位科研人員組成的國際合作團隊,從我國華南甕安地區埃迪卡拉紀陡山沱組距今~6.35億年前地層中首次報道了黃鐵礦化的真菌狀微體化石,代表了當時已經占據由地表水溶蝕形成的喀斯特孔洞環境的最早的真菌類生物。相關成果在《自然通訊》(Nature Communications)上在線發表。
 
生物登上陸地是生命演化史上的一次重要轉折,陸地從此由一片荒蕪變得生機勃勃。真菌在這一登陸過程中扮演著非常重要的角色,在大陸風化、全球生物地球化學循環、以及與其他陸生生物的生態相互作用方面,它們都有著重要的影響力。雖然真菌和植物、動物是統治著當今陸地生態系統的三大主要多細胞生物類群,但是相對于植物和動物而言,真菌常常被人們所忽視。有些真菌在繁殖階段時能以“子實體”的形式長出地面,這也就是人們所熟知的蘑菇。常見的真菌還有釀酒酵母、青霉等。但更多的真菌卻是以營養體形式生活在隱秘環境中(如土壤、腐木等)的菌絲結構,因此很難被人們所察覺,即使它們的生物量實際上非常巨大。 
 
真菌是巖石和礦物發生生物風化時的重要媒介。通過生物機械和生物化學的過程,真菌參與一些重要的營養元素(如碳、氮、磷和硫)和金屬元素(如鈉、鎂、鈣、錳和鐵等)的生物地球化學循環,部分元素還是構成生物體以及新陳代謝過程中的重要物質。同時,真菌也是陸地生態系統中的重要分解者。腐生真菌能把動植物遺體、遺物中的有機物質分解,從而把無機碳和其他營養物質返還到環境中供植物循環利用。真菌還能和大多數陸生植物的根系形成共生結構——菌根系統,幫助植物吸收水、分解并吸收無機鹽礦物等。真菌和綠藻或藍細菌也可以形成互利共生的地衣體,能生活在各種寒、旱等極端陸生環境中,被稱為“植物界的拓荒先鋒”。事實上,早期的植物登陸就被認為是真菌與光合生物共生后產生的結果。 
 
真菌對生機盎然的陸地生態系統如此之重要,那么它們是在何時首次登上陸地的呢?通過分子鐘推測,真菌可能在距今約15-9億年前就已經起源。但因為真菌的絲體非常脆弱,難以保存成化石,且它們通常生活在風化剝蝕區,而非沉積區,使得早期真菌的化石記錄很少。目前公認最早的可靠陸生真菌化石記錄來自于蘇格蘭的萊尼燧石(距今約4.1億年前),其中極為難得地記錄了真菌多種類群(比如壺菌門、子囊菌門和球囊菌門等)的早期形態和生活史。而在前寒武紀,真菌化石更是稀少,且都保存于海相環境中,因此并不能確定它們是否原來生長在陸地環境。 
 
最近,中國科學院南京地質古生物研究所早期生命研究團隊的龐科副研究員、周傳明研究員和萬斌副研究員,與中科院地球化學研究所的博士生甘甜、羅泰義研究員,美國弗吉尼亞理工大學(肖書海教授)、貴州師范學院(周光紅副教授)、中科院高能物理研究所(黎剛研究員)、中國科學院大學(易棲如博士),以及美國辛辛那提大學(Andrew D. Czaja副教授)等中外多家單位的科研人員組成的國際合作團隊,從我國華南甕安地區埃迪卡拉紀陡山沱組底部蓋帽白云巖(距今~6.35億年前)的席狀孔洞(sheet-cavity)硅質膠結物中首次報道了黃鐵礦化的真菌狀微體化石。這些微體化石代表了當時已經占據由地表水溶蝕形成的喀斯特孔洞環境的真菌類生物。它們在這種隱秘的生境中悄悄地開啟了真菌適應并改造陸地環境的歷程。相關成果已在《自然》(Nature)雜志子刊《自然通訊》(Nature Communications)上在線發表。 
 
這些微體化石以黃鐵礦化的形式三維保存,同時保留了少量的有機物殘留。研究人員利用一系列的原位分析技術,對化石進行了詳細的形態學觀察、三維重建和多種元素、同位素、譜學等分析。 
 
研究發現,微體化石主要由兩類結構組成:一種是可多次分叉的絲體;另一種是與絲體相連接的空心球體。其中,絲體按照直徑大小的區別,可分為形態類型A(直徑在5-9微米之間)和形態類型B(直徑在2-3.4微米之間)。絲體長度可超過幾百個微米,甚至更長。絲體內部是空心的,沒有橫向的隔壁。 
 
兩種類型的絲體都可以進行多次分叉,包括二歧分枝和單軸分枝。有些單軸分枝的絲體中短的側枝可以發生較大幅度彎曲;相鄰的短側枝可相互靠近,甚至最終融合在一起。發生融合的短側枝,既可以來自同一根主絲體,形成“A”形分枝融合系統;也可以來自不同的主絲體,形成“H”形或者梯形分枝融合系統。而當融合現象在一個絲狀體系統中多次發生時,便可以形成密集的網狀結構。 
 
與絲體相連的球體是中空的。形態類型A和B的絲體都可與一種小的球體(直徑在10-26微米之間)相連,它們既可以出現在絲體的中間,也可以在絲體的末端連接。此外,還有一種大的球體(直徑在36-102微米之間),可以與類型A的絲體相切,或者被其從球體中間穿過。 
 
研究人員認為,這些微體化石可以解釋成生活在溶蝕孔洞環境中的真菌類生物,并且可以與現生的接合菌類進行很好的對比;它們的絲體代表了沒有分隔的菌絲結構,小的球體代表了用于繁殖的厚垣孢子,而大的球體則可能是與菌絲體共生的生物體。 
 
該枚真菌狀微體化石保存于陡山沱組底部蓋帽白云巖的席狀孔洞硅質膠結物中,絲體有時被玉髓質葡萄狀結構和晚期成巖作用形成的脈所截斷。結合以往的研究成果,研究人員提出圍繞蓋帽白云巖、溶蝕孔洞、真菌狀化石形成過程中各個地質事件之間的一種可能模式:(1)在新元古代“雪球地球”事件結束后,在距今約6.35億年前發生了蓋帽白云巖沉積,由于冰川的快速消融導致陸殼和海洋大陸架部分發生反彈,導致了蓋帽白云巖被暴露出海平面、發生喀斯特溶蝕等事件,最終在物理和化學作用的雙重影響下,使得在蓋帽白云巖中形成了席狀孔洞;(2)在席狀孔洞形成之后不久,鈣質膠結物,包括多種洞穴堆積物,就開始充填其中的空間;(3)真菌狀生物及其共生生物,占據了席狀孔洞的內表面,它們在生長和/或死亡后不久,就被孔洞中不斷形成的葡萄狀膠結物包埋,其形態結構被三維保存下來(發生在距今約6.35-6.32億年前);(4)后續發生微體化石的黃鐵礦化、玉髓交代、熱液活動影響、粗晶方解石沉積等過程,但發生的具體時間和次序目前仍不是很清楚,值得肯定的是,它們發生在陡山沱組第二段沉積形成之前(在距今約6.32億年之前)。 
 
本次研究表明:真菌狀生物至少在距今約6.35-6.32億年之間就已經登上了隱秘的喀斯特溶蝕孔洞環境。它們比顯生宙萊尼燧石等環境中保存的陸生真菌化石提前了2億多年,也比最早的陸生高等植物化石記錄(隱孢子)提前了至少1億年。 
 
在新元古代晚期至寒武紀早期的沉積地層中,有廣泛分布的大量磷酸鹽沉積,反映了埃迪卡拉紀-寒武紀之交時顯著的生物地球化學環境變化。長期以來這些磷酸鹽大量沉積的原因一直困擾著地球化學家。而對于早期動物多樣性的了解,很重要的一部分也來自于磷酸鹽礦物對生物礦化和軟軀體后生動物的交代和(或)模鑄的保存。有些學者推測真菌在這一地球化學環境轉變的過程中扮演了重要的角色。本次研究發現的真菌狀化石為這一假說提供了佐證。由真菌引導的生物風化,有可能在“雪球地球”事件結束后不久就開始在磷元素的富集過程中起到了關鍵的作用。 
 
磷元素的富集也可以增加海洋的初級生產力。與此同時,生物風化會產生大量粘土礦物,而這些粘土礦物搬運到海洋中埋藏時也會增加有機碳的埋藏作用。更高的海洋生產力和更多的有機碳埋藏意味著,生產這些有機碳的光合作用過程產生的氧氣,由于沒有被后來有機質氧化所消耗掉而成了凈增加量,從而有利于氧氣濃度的增加,為埃迪卡拉紀復雜多細胞生命的出現和宏體動物的輻射鋪平道路。 
 
此項研究獲得了國家自然科學基金委、貴州省自然科學基金、中國科學院、國家重點研發計劃、留學基金委、美國國家科學基金委、中科院青年創新促進會等相關項目的聯合資助。   
 
論文相關信息:Gan, T., Luo, T.*, Pang, K.*, Zhou, C., Zhou, G., Wan, B., Li, G., Yi, Q., Czaja, A.D., Xiao, S.* Cryptic terrestrial fungus-like fossils in the early Ediacaran Period. Nature Communications, 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-021-20975-1.

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