基本信息
- 项目名称：
- 陕南早寒武世早期生物化石研究新进展
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 五亿多年前，壮阔而神奇的生命世界在寒武纪突然的崛起，称为“寒武纪大爆发”。这一事件困惑了达尔文和达尔文以来一个多世纪，在当今仍是一个重大科学难题。本文首次展现了地球上最古老的“先民”如何诞生、如何首次在身体表面形成各式各样的骨骼装饰，将寒武纪生命世界装扮的绮丽无比，这是一个地球生命多样化演化的全新的转折点。 本文以处于“寒武纪大爆发”最早期的宽川铺生物群为研究对象，从中发掘出大量以腔肠动物占主体的全新化石材料，包括罕见的完整Punctatus及其不同发育阶段的胚胎化石、四方塔形壳新种（Quadrapyrgites undulatuscostalis sp.nov.）和数十枚罕见的具“出芽生殖”和“断裂生殖”特征的管状生物化石。在上述新发现基础上，本文进一步完善了五辐对称的Punctatus个体发育模式；首次建立了四辐对称的Quadrapyrgites个体演化序列；在数十枚管状生物化石上可清晰分辨出 “芽体”、 “芽痕”、“母体”等出芽生殖信息以及“收缢带”、“收缢纹”、“新生单节”等断裂生殖特点，据此建立管状生物 “出芽生殖”和“断裂生殖”的生殖演化序列；此外，依据掌握的上万个化石材料，按生物的辐射对称性的不同，将生物分类归纳为两辐、三辐、四辐、五辐射等多种躯体对称形式。上述研究为化石胚胎学增添了新内容，同时也为展现“寒武纪大爆发”生命世界全景提供了丰富的实证。
- 详细介绍：
- 地球的生命不仅拥有辉煌的现在，更有着不平凡的过去。那个远离我们而去的比当今博大得多的生命世界，在我们面前就像一个永远的谜。 本次研究运用“化学浸解法”对处于“寒武纪大爆发”序幕阶段梅树村期的宽川铺生物群岩样进行研究，获得化石标本，利用电镜扫描对化石进行微细结构观察，运用古生物学、微体古生物学和现代生物学及进化论的有关理论，争取在真后生动物的相关研究上取得突破性进展：包括罕见的完整Punctatus及其不同发育阶段的胚胎化石、四方塔形壳新种（Quadrapyrgites undulatuscostalis sp.nov.）和数十枚罕见的具“出芽生殖”和“断裂生殖”特征的管状生物化石。在上述新发现基础上，本文进一步完善了五辐对称的Punctatus个体发育模式；首次建立了四辐对称的Quadrapyrgites个体演化序列；在数十枚管状生物化石上可清晰分辨出 “芽体”、 “芽痕”、“母体”等出芽生殖信息以及“收缢带”、“收缢纹”、“新生单节”等断裂生殖特点，据此建立管状生物 “出芽生殖”和“断裂生殖”的生殖演化序列；此外，依据掌握的上万个化石材料，按生物的辐射对称性的不同，将生物分类归纳为两辐、三辐、四辐、五辐射等多种躯体对称形式。上述研究为化石胚胎学增添了新内容，同时也为“寒武纪大爆发”之初生命世界的起源演化、繁殖发育、辐射进化等研究提供了珍贵材料。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：探索“寒武纪大爆发”的形成及演化机制，以地球生命史中真后生动物演化开端—腔肠动物为研究重点，希望在真后生动物的起源演化、生殖发育、功能进化及系统分类等方面有新进展。 基本思路：化学浸解“寒武纪大爆发”序幕阶段梅树村期的宽川铺生物群岩样，获得化石标本，利用电镜扫描对化石进行微细结构观察，运用古生物学、微体古生物学和现代生物学及进化论的有关理论，争取在真后生动物的相关研究上取得突破性进展。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：结合生物学理论，通过剖面观察、化学浸解及电镜扫描等综合研究。 先进性：宽川铺生物群涵盖梅树村生物群大部分生物，是研究早寒武世早期生物特征较好的代表。 独特性：发现新种波状环脊四方塔形壳；进一步完善Punctatus发育模式，首次建立Quadrapyrgites个体演化序列；新发现具“出芽生殖”及“断裂生殖”特征的管状生物化石，建立其生殖演化序列；系统归纳宽川铺生物群的辐射对称生物。
应用价值和现实意义
- 应用价值和现实意义：①Punctatus发育模式的完善及Quadrapyrgites个体演化序列的建立，为化石胚胎学添新内容，为利用“重演律”研究真后生动物的起源演化、功能进化等提供新线索；②新种波状环脊四方塔形壳的发现，为腔肠动物研究增添新材料；③辐射对称生物的系统归纳为研究对称生物提供参考与对比依据；④具“出芽生殖”和“断裂生殖”特征生物化石的发现，为早寒武世生物繁衍方式研究开启新的科学窗口。
学术论文摘要
- 摘要：在陕南宁强宽川铺地区早寒武世最早期的宽川铺生物群中发现了大量以腔肠动物占主体的全新化石材料，包括罕见的完整Punctatus及其不同发育阶段的胚胎化石、四方塔形壳新种（Quadrapyrgites undulatuscostalis sp.nov.）和数十枚罕见的具“出芽生殖”和“断裂生殖”特征的管状生物化石。在上述新发现基础上，本文进一步完善了五辐对称的Punctatus个体发育模式；首次建立了四辐对称的Quadrapyrgites个体演化序列；在数十枚管状生物化石上可清晰分辨出 “芽体”、 “芽痕”、“母体”等出芽生殖信息以及“收缢带”、“收缢纹”、“新生单节”等断裂生殖特点，据此建立管状生物 “出芽生殖”和“断裂生殖”的生殖演化序列；此外，依据掌握的上万个化石材料，按生物的辐射对称性的不同，将生物分类归纳为两辐、三辐、四辐、五辐射等多种躯体对称形式。上述研究为化石胚胎学增添了新内容，同时也为真后生动物的起源演化、繁殖发育、辐射进化等研究提供实证材料。
获奖情况
- 1.2009年省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖； 2.2009年校第六届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖； 3.《陕南早寒武世早期磷酸盐化Punctatus发育模式研究》一文已被中国科学院南京古生物研究所主办的核心期刊《微体古生物学报》录用，将刊登于2009年第3期，正在印刷中。（附件1）
鉴定结果
- 1.省古生物学会认定书一份（附件2） 2.查新报告一份（附件3）
参考文献
- [1]刘云焕、李勇、邵铁全等,陕西南部早寒武世具口部磷酸盐化Punctatus及胚胎化石研究.古生物学报. 2006.45（2）：182-194. [2]何廷贵，1987，扬子地台区早寒武世锥石动物及 其早期演化，成都地质学院学报，1987,14(2):7-18. [3]华洪，陈哲，张录易.陕南早寒武世磷酸盐化囊 胚期及原肠胚期动物化石. 科学通报，2004，49（2）：177－180. [4]钱逸（主编），1999.中国小壳化石分类学与生物地层学.北京，科学出版社,1-119. [5]岳昭,S.Bengtson. 1998，寒武纪大爆发中的磷酸盐化胚胎化石.科学通报， 43：1858－1882. [6]陈均远, 2004, 动物世界的黎明:1-365,江苏科学技术出版社. [7]BENGTSON, Yue Z, 1997. fossilzied metazoan embryos from the earliest Cambrian. Science,277：1645－1648 [8]CONWAY Morris S, Chen Meng,e, 1990:Tommotiids from the Lower Cambrian of South China. Journal Paleontology. 64(2):169-184 [9]MICHAEL Steiner , Guoxiang Li,Yi Qian & Maoyan Zhu, 2004:Lower Cambrian Small Shelly Fossils of northern Sichuan and southern Shaanxi (China),and their biostratigraphic importance.Geobios,37:259-275 [10]XIAO S H ,Knoll A H. 1999,Fossil preservation in the Neoproterozic Doushantuo phosphorite Lagerstatte.Lethaia, 32:219-240.
同类课题研究水平概述
- 自上世纪70年代，中外学者对扬子地台北缘早寒武世梅树村阶中发育的丰富早期微骨骼化石进行了深入研究，为 “寒武纪生命大爆发”等重大事件提供了重要佐证。国内外研究概况如下： ⑴1983年, 杨暹合等报道了陕南扁球状胚胎发育晚期标本，表面有Punctatus放射脊与花冠状口相似的结构； ⑵2004年,陈均远等将Yue和Bengtson报道的Punctatus内部具大量楔形细胞的囊胚期胚胎解释为节肢动物卵； ⑶2004年，Steiner等对川北、陕南早寒武世特异保存的卵、胚胎及软躯体生物进行了研究，发现A型、B型、Punctatus型三种类型胚胎标本； ⑷2007年，华洪、李朋等对Punctatus的个体演化进行了阐述； ⑸1997年,Yue和Bengtson据采自陕南宽川铺段的胚胎化石标本，阐述了球形化石Olivooides multisulcatus是卵膜内囊胚期化石，开创了早寒武世球状化石胚胎学研究新领域，目前已成为国际古生物学界关注的热点之一； ⑹2004年，华洪等在陕南宽川铺地区早寒武世地层中发现卵膜内的受精卵经可能的胚盘形成、囊胚发育，形成肠胚直至胚胎组织分化和幼体孵化的演化； ⑺2006-2008年，李勇、刘云焕、邵铁全等对陕西南部早寒武世具口部磷酸盐化Punctatus及胚胎化石进行了研究； 以⑴-⑷文献虽然对Punctatus进行研究，但只对Punctatus胚胎的某一特征进行单一研究，未涉及Punctatus个体演化序列。 以上⑸-⑺从不同视角对Punctatus个体演化序列进行研究：文献○5建立了从细胞分裂→胚胎组织分化→孵化的个体发育，○6建立了卵膜内的受精卵→可能的胚胎形成→囊胚原肠胚发育→胚胎组织分化→幼体孵化，这两个序列某些环节之间都存在跳跃，没有明确口部是在何阶段形成；文献○7建立受精卵→囊胚期、囊胚内陷期、原肠胚形成期→原口直至发育成花冠状口部，该序列明确展现了经囊胚内陷形成口部，但没有明确五辐射锥体在何阶段、经历何种胚胎演化形成等问题。 本作品在前人研究基础上，较好地完善了上述序列，建立了“胚胎一端囊胚内陷形成口部，另一端伸长发育成锥体”的两极式个体演化序列；至于新种（Quadrapyrgites undulatuscostalis sp.nov.）与具有“裂殖”“芽殖”特征的生物化石属首次发现。
