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  被子植物的崛起重塑了生态系统格局,其起源和早期快速演化问题被达尔文称为“恼人之谜”,是植物学皇冠上的璀璨明珠。为解开这一谜题,中科院昆明植物研究所进行国际合作协同攻关,开展了迄今为止科级水平最广泛取样的被子植物系统发育基因组学研究,并取得重要进展。研究成果6日在国际植物学期刊《自然·植物》上在线发表。  达尔文以后的140年间,被子植物的起源与早期演化一直是植物学、古生物学和进化生物学研究中的热点问题。近10年来,通过分化钟估算的被子植物起源时间大多指向侏罗纪甚至三叠纪,但古生物学公认的被子植物冠群最早的化石仅发现于早白垩纪,这一问题仍然悬而未决。  昆明植物研究所李德铢研究员带领的研究团队依托国家重大科技基础设施“中国西南野生生物种质资源库”,通过跨越五大洲的国际合作和协同攻关,选择被子植物全部64个目,涵盖85%现存科的2351个代表种,以裸子植物163种作为外类群,利用2881个质体基因组的80个基因,重建了被子植物高分辨率的质体基因组系统发育树,估算了被子植物科级以上主要分支的分化时间。  研究表明,被子植物起源于三叠纪晚期的瑞替期,明显早于确切的被子植物冠群最早化石年龄,并据此首次提出了被子植物化石记录与分子钟推算时间之间的“侏罗纪空缺”。此外,核心被子植物五大分支,即金粟兰目、木兰类、单子叶植物、金鱼藻目和真双子叶植物之间的关系仍然没有完全解析,暗示在被子植物早期分化阶段可能发生了辐射分化,或许发生了一定规模的灭绝事件,由此产生了令人困惑的“达尔文之谜”。自三叠纪晚期到晚白垩纪,被子植物的兴起、分化并逐渐取代裸子植物在陆表植物中占据主导地位,极大地影响了昆虫、两栖动物、哺乳动物、蕨类植物,以及许多其它生物类群的多样化进程。  发表于1998年的被子植物系统发育研究组系统是概要树,而此项新研究建立了被子植物基于质体基因组超级矩阵大数据和全面取样的真实树,它确认了被子植物八大主干支和22个分支的系统框架,有望全面更新旧有系统,它在科级水平上,揭示了41个科不同的系统位置,解决了10个科尚待解决的系统位置问题。  (原载于《科技日报》2019-05-0801版)

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  尾羽龙科(Caudipteridae)是窃蛋龙类的一个原始类群,是最早被发现具有类似现代鸟类正羽的恐龙类群之一,对窃蛋龙类早期演化和鸟类起源具有重要研究意义。目前已知尾羽龙科的2属3种均发现自我国辽宁西部的早白垩世热河生物群地层。其中邹氏尾羽龙和董氏尾羽龙手部保存较好,它们最突出的特点是手部第III指极度退化,仅剩两根很短的指节,其指式为2-3-2,不同于其它大多数非鸟兽脚类恐龙的2-3-4,另外义县似尾羽龙没有保存手部骨骼。有学者依据这一特殊的指式,加上缩短的尾部,缺失的髂骨上髋臼冠等特征,甚至认为尾羽龙不是恐龙,而是次生失去飞行能力的鸟类。  《科学报告》(ScientificReports)4月25日在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所汪筱林研究团队对尾羽龙科研究的最新成果。博士研究生裘锐等的论文详细描述并命名了发现自辽宁义县王家沟早白垩世义县组的一尾羽龙科新属种——干戚刑天龙(Xingtianosaurusganqi)。干戚刑天龙与其它已知的尾羽龙科属种的主要区别包括背椎椎体侧凹接近椎体背缘,肩胛骨长度短于肱骨,尺骨长度与肱骨接近,桡腕骨角度较小,第I掌骨长度不足第II掌骨的40%等,系统发育结果显示干戚刑天龙为一原始的尾羽龙类。  干戚刑天龙的手部第III指虽然没有完整保存,但明确保存的第III指爪和部分指节的特征显示其第III指并没有像尾羽龙那样特化缩小。除此之外,干戚刑天龙手指指节的韧带窝较小,而尾羽龙的手指指节的韧带窝极大。综合来看,干戚刑天龙的手部特征更接近其它兽脚类恐龙而不同于尾羽龙。研究者以此为契机全面梳理了窃蛋龙类手部的演化。研究显示窃蛋龙类的手部演化非常复杂,在尾羽龙科、新颌龙科、窃蛋龙科都有各自不同的演化趋势。  干戚刑天龙的发现还为桡腕骨角度在虚骨龙类的演化提供了新的信息。桡腕骨角度是桡腕骨与桡骨的关节面以及与半月形腕骨的关节面之间的夹角,该角度大小与手部和尺骨间活动角度相关。之前研究总结在兽脚类恐龙向鸟类演化过程中,在桡腕骨角度大小总体呈上升趋势。但窃蛋龙类的桡腕骨角度异常增大,达到76°(测量数据来源于尾羽龙),不仅远大于其它兽脚类恐龙(一般在40°以下),甚至超过了原始鸟类。针对这一问题,研究者测量了其它桡腕骨保存较好的窃蛋龙类,发现它们的桡腕骨角度都非常大。但研究者注意到,这些测量数据要么来自于极度特化的类群(尾羽龙),要么来自晚白垩世进步的窃蛋龙类,不能很好代表这一类群的早期演化趋势。而干戚刑天龙作为原始的、手部非特化的窃蛋龙类,其桡腕骨角度应该更接近这一类群演化初期的状态。干戚刑天龙的桡腕骨角度为39°。与虚骨龙类桡腕骨角度整体演化趋势相吻合。证明了窃蛋龙类的桡腕骨角度初期其实比较小,在后来的演化中才逐渐增大,与鸟类趋同。  干戚刑天龙的属名“刑天”来源于中国神话人物刑天,《山海经》记载刑天本为一大将,在战争中被斩首,但被斩首后的刑天仍斗志不减,手持武器干戚(一种斧头)继续战斗。新标本因缺失头部,研究者以“刑天”作为其属名,以刑天的武器“干戚”作为种本名。  此研究得到国家自然科学基金(41688103、41572020)、中科院战略性先导科技专项(B类)(XDB18000000)的资助。  文章链接 图1干戚刑天龙(Xingtianosaurusganqi)正型标本及线条图。比例尺10cm。(裘锐供图) 图2(a)虚骨龙类桡腕骨角度演化;(b)窃蛋龙类系统发育结果及桡腕骨角度演化,红色为具有桡腕骨角度测量数据的窃蛋龙类物种(裘锐供图)

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  当古生物学家在20世纪80年代初挖掘出非洲最大食肉动物的骨头时,他们并不知道自己发现了什么。在肯尼亚西部梅斯瓦桥的发掘现场,散落着如此多的其他化石,以至于这些巨大的骨头只是一件需要编目的物品而已。所以,科学家把它们放在内罗毕国家博物馆的一个抽屉里,在那里保存了近40年。  然后一个新研究小组出现了。他们偶然打开抽屉,发现了“香蕉大小的犬齿”,美国北卡罗来纳州达勒姆杜克大学的食肉古生物学家MattBorths说。这些牙齿(臼齿长6厘米,犬齿长10厘米)才是开始。与它们相连的是一个巨大的下颚和其他可以追溯到2300万年前的骨头碎片。  研究人员近日在《脊椎动物古生物学杂志》上发表报告称,他们估计这只1.2米高的动物(如图)重达1500公斤,从鼻子到尾巴长2.4米,比北极熊还大,是有记录以来最大的食肉哺乳动物之一。  这种顶级掠食者被命名为Simbakubwakutokaafrika,在斯瓦西里语中的意思是“来自非洲的大狮子”,它在该地区的生态系统中扮演着与今天的狮子类似的角色。而狮子的祖先直到370万年后才到达非洲。在此之前,Simbakubwa是非洲仅有的陆地食肉动物之一,属于一种名为hyaenodonts的大型灭绝哺乳动物。此外,现代狮子的双颚两侧只有一对专门用来切肉的牙齿,而Simbakubwa却有3颗,这使得它成为一个可怕的敌人。  研究人员说,Simbakubwa的牙齿几乎处于原始状态,这有助于他们理清它与家族中其他大型食肉动物的关系。但是,研究人员说,关于这些巨型食肉动物灭绝的原因,以及折射出的现代食肉动物面临的风险,还有很多需要了解的地方。

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  火星上到底有没有甲烷?科学家或许得出了与之前不同的结论。  近日,研究人员报告了ExoMars火星微量气体任务(TGO)的初期观测结果。第一篇论文报告称TGO没有在火星上检测到甲烷,这和之前的研究结果相反(包括本月早些时候《自然—地球科学》发表的一项研究)。相关论文刊登于《自然》。  2016年,TGO任务的一个关键目标是更深入地了解火星大气层中的气体。例如,检测到甲烷可能是潜在的生物或地质活动的证据。TGO同时监测火星大气层成分和温度的季节性变化,以便优化火星大气层模型。  在过去的15年里,科学家多次在火星上发现甲烷。这些报告包括2003年甲烷羽流的望远镜照片,以及2012年美国宇航局“好奇”号火星车在盖尔陨石坑着陆后偶然发现的甲烷痕迹。欧洲空间局的“火星快车”号宇宙飞船也在多个地点发现了这种气体,其中包括2013年在盖尔陨石坑附近发现的羽流。  为了更明确地回答这个问题,TGO于2016年抵达火星,并于2018年4月开始收集大气数据,其仪器可以检测到浓度低于50万亿分之一的甲烷。  俄罗斯太空研究所的OlegKorablev及同事在论文中描述了从2018年4月至8月所做的高敏感甲烷检测尝试,并报告称在此期间在火星南北半球的特定纬度内未检测到甲烷,得到的甲烷上限是早前研究检测结果的1/10~1/100。研究人员认为要解释其发现与早前检测结果的不一致,可能要假设存在一种未知的将火星低层大气中的甲烷快速移除的过程。  此外,比利时研究人员在另一篇论文中描述了尘暴对于火星大气层的影响。这些尘暴属于罕见事件,但是可以对火星大气层产生持续数月的影响:改变水蒸气的分布,并有可能改变火星气候。

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  月球水的来源一直都是争论不休的问题。据英国《自然·地球科学》杂志15日在线发表的一篇最新论文,美国国家航空航天局(NASA)团队报告称,月球下层土里均匀分布着水。这些水源自月球形成早期,而小型陨石的撞击会释放这些月球上的水。这一发现为人类未来研究这些水的演变及更好地利用月球水奠定了基础。  10年前,研究人员在月球表面发现了微量的水,表明月球的水并非像之前认为的仅存在于极地冰储中。科学家认为,这些水源自太阳风和陨石。但是时至今日,这些微量水的来源和分布范围仍存在争议。  在位于美国马里兰州的NASA戈达德太空飞行中心内,科学家梅迪·班纳及同事决定对月球水来源进行深入分析。他们表示,NASA的月球大气与粉尘环境探测器(LADEE)搭载的一个仪器,在月球大气中检测到了偶发却含量异常高的水分,LADEE探测器在2013年10月至2014年4月之间一直绕月运行。  研究团队发现,检测到的水释放时间点,大部分都与研究期间发生的29次陨石群撞击时间重合。通过研究不同规模的陨石群所释放的水量,团队确定月壤最上层的8厘米不含水。在此之下的月壤中,则均匀分布着水,含水量最高达0.05%左右。  根据研究人员的估算,陨石撞击导致月球每年损失多达200吨的水。他们分析认为,被释放出来的地下水源自月球形成初期。  鉴于月球将会作为人类未来太空远征的“补给站”,对其水源水量的发现不但有助于日后进一步了解月球水演化,还将为人类合理利用这些水铺平道路。

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  印度板块与亚欧大陆的碰撞与随后青藏高原的隆升是新生代以来最重要的地质事件,由此带来的气候环境变化对亚洲及其周边地区生物区系的演变产生了巨大影响。尤其是青藏高原地区,随着印度板块的碰撞、副特提斯海退却、热带和亚热带低地出现、巨大山系发育近而最终隆升为今天面积巨大、海拔高峻的世界第三极。伴随地貌和环境的沧桑巨变,置身其中的生物轮番上阵,最初适应热带和亚热带的生物,或逃离、或绝灭、或自我改变“演化与隆升并进”,最终只剩下适应高寒缺氧环境的物种得以保留和繁衍,由此成就了一部生命演化的史诗。近日中国科学院古脊椎动物与古人类研究所和中国科学院水生生物研究所合作,利用已知迷鳃类多个代表性化石,将化石种和现生物种一起纳入历史生物地学分析,通过化石校正和祖先分布区重建,揭示适应热带和亚热带的迷鳃鱼类可能在始新世经由西藏借道印度扩散至非洲的演化历史,为印度-亚欧板块碰撞和高原生长的环境生物效应再添注脚。  迷鳃鱼类(Labyrinthfishes)是鲈超目里一个很特殊的类群,因为鳃腔上方长有一个结构复杂的迷鳃而能呼吸空气。它们中的斗鱼、丝足鲈、吻鲈等是常见的热带观赏鱼类。  迷鳃鱼类多数种类现在分布在印度和东南亚的热带平原地区,只有攀鲈类还分布在撒哈拉以南非洲中西部的热带平原和雨林地区。这样一个特殊的间断分布模式是冈瓦纳裂解、印度板块漂移隔离分化的产物?还是新近纪大陆间扩散事件的结果?或者由其他原因造就?前人曾尝试分子学分析解疑,但由于缺乏较可靠的化石记录,一直没有清晰的答案。  古脊椎所青藏高原科考队通过多年的考察,在藏北伦坡拉和尼玛盆地发现了迄今所知最古老的攀鲈化石(Wuetal.,2017),将这一类群(攀鲈科)的化石记录前推2千多万年。研究者也借此首次将青藏高原与这类独特的热带鱼类的演化历史相联系。  古脊椎所吴飞翔团队联合水生所鱼类学同行基于上述发现及其他相关化石记录和分子学数据,运用不同的化石校正结合年代推定方法和生物地理学分析模型,重建了攀鲈类的动物地理学历史,认为攀鲈类在始新世中期的东南亚与吻鲈分道扬镳后,随当时连通西藏的水系扩散至位于较低古纬度(21-24oN)、温暖湿润的西藏腹地,并在那至少逗留到古近纪末,后因高原隆升导致的环境变化而在这一地区消失。而它们的先辈却在印度次大陆与亚欧大陆碰撞后不久,借道印度在约4千万年前扩散到了非洲。研究者还认为,攀鲈亚非间断分布模式在这次它们到达非洲时就此定型,之后的陆地连结(如早中新世非洲-阿拉伯板块与亚欧板块碰撞)并没有造成攀鲈的二次扩散,尽管这一构造事件曾促成了非洲和亚洲之间可观的生物交流。这可能与北非和西亚地区始新世之后逐渐变干的古环境变化有关。另外,通过对乌鳢(黑鱼)的平行分析发现,乌鳢和攀鲈的扩散路线大致相同,只是进入非洲的时间略有先后。  这一研究再次突出了化石发现在生物地理学研究中的重要作用。分子学结合古生物学推演生物地理学历史,除了能纳入更好的年代约束,更可能补全被灭绝或者环境变化抹去的历史分布,特别是像青藏高原这样经历了剧烈环境变化的地区。该研究成果近日发表在ScienceBulletin。  该研究得到中科院战略性先导专项、生物演化与环境卓越中心、国家自然科学基金和中科院青促会项目的资助。  论文链接 图1.攀鲈目谱系时间树(TheTimetreeofAnabantiformes)前标为化石属种。圈内数字为节点时间平均值。支系颜色代表分布区(见左上方框)。缩写:Ch.=Channa鳢属;Mi=Microctenopoma细梳攀鲈属(吴飞翔供图) 图2.攀鲈目祖先分布区分析结果。缩写:A.=Anabas攀鲈属;Ch.=Channa鳢属;Ct=Ctenopoma非洲攀鲈属;Mi=Microctenopoma细梳攀鲈属(吴飞翔供图)

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