华北燕山地区古元古代晚期真核生物早期演化

The origin and early evolution of eukaryotes represents one the major evolutionary events in the history of life on Earth. As revealed by previous study, the late Paleoproterozoic Changzhougou and Chuanlinggou formations in the Yanshan area contain rich fossil materials, including the oldest unambiguous eukaryotic fossils so far, presenting as an excellent taphonomic window for the study of early eukaryotic evolution. Although many progress has been achieved since about 50 years ago, some fundamental questions still remain unanswered, such as the diversity and biological affinity of this fossil assemblage. And how many of them could be interpreted as convincing eukaryotes? Any multicelluar eukaryotic forms existing? In order to resolve these, this project will conduct a thorough paleontological study of these two formations, by employing light microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy to fully uncover the morphological features and wall ultrastructures of both organic-walled microfossils and macrofossils. In light of these, eukaryotic diversity and evolutionary status in late Paleoproterozoic would be discussed in combination with other fossil records worldwide. This study will enhance our understanding of the early eukaryotic evolution in deep time.

真核生物的起源和早期演化是地球生命史上重大演化事件之一。已有研究表明,我国燕山地区古元古代晚期地层常州沟组和串岭沟组中含有丰富的古生物化石，包括迄今全球最古老的真核生物化石，是开展真核生物早期演化研究的重要埋藏窗口。燕山地区早期生命研究目前已有近50年历史，取得了丰硕的研究成果。但是仍有很多重要问题亟待解决，例如常州沟组和串岭沟组中化石生物多样性如何？生物属性是什么？含有多少种真核生物化石？是否含有多细胞真核生物？为回答这些问题，本项目将对常州沟组和串岭沟组开展全面而深入的系统古生物学研究，以有机质壁微体化石和宏观化石为研究对象，采用光学显微镜、扫描电镜以及透射电镜等多种技术手段来全面揭示化石的表面形态及细胞壁超微结构特征，在此基础上进行系统分类和生物属性讨论，并结合全球其他地区化石记录进一步评估古元古代晚期真核生物多样性和演化水平。本项研究将有助于提高我们对真核生物早期演化的理解。

元古宙中期（18.5-8.5 Ga）被称为地史中“枯燥的十亿年”（Boring Billion），但是真核生物起源和早期演化极为重要的时期，如真核细胞起源、叶绿体起源、多细胞体制发生和冠群类型的早期分歧等。然而我们对这些重大演化事件的具体发生时间和演化过程等仍有太多未知。鉴于此，本项目对我国燕山地区元古宙中期沉积地层开展微体化石系统研究，通过酸浸解实验、光学显微镜、扫描电子显微镜和激光拉曼光谱分析等技术手段，取得了一些重要研究成果：. （1）古元古代晚期串岭沟组化石多样性和生物地层学意义。串岭沟组中含有古老真核生物化石，主要产于该组下部地层，本次研究在宽城地区该组上部地层获得大量微体化石共9属18种，以丝状体为主，含极少量简单球形膜壳和3种具复杂装饰（管状突起、圆形开口或网状纹饰）的单细胞真核化石。其中，Tappania全球广布，本次在该组中属首次发现，进一步表明其作为标准化石的巨大潜力。结合国内外其他地区古元古代化石记录，表明真核生物在该时期已经有一定的形态多样性发展，初具中元古代规模。. （2）串岭沟组中发现最古老多细胞真核生物化石。本项目利用酸浸解在该组上部地层提取出单列无分枝多细胞丝状体。该化石不仅细胞大（直径达190微米）而且具一定程度的形态复杂性，表明其真核属性。此外与现生生物类比表明它们很可能为光合作用生物，即真核藻类。该研究表明真核生物多细胞类型和叶绿体在古元古代晚期就已经出现，并将它们在地史中出现的时间节点提前了近6亿年之久。. （3）中元古代下马岭组化石多样性和生物地层学意义。下马岭组因富含化石和有机质在早期生命演化和非常规油气资源方面具有重要意义。因此本项目扩展研究范围并在该组获得28属36种微体化石，并识别12种真核化石。绝大多数化石类型为首次在本组中发现，表明其微体化石多样性比早前认识高很多。此外，具纵纹的管状化石Jiniania lineata地理分布广而且地层延限较短，显示作为中元古代早期标准化石的极大潜力。