浙江天台中新世植物化石的生物分子特征及保存机制的研究

The interdisciplinary cross-penetration is becoming current trend in science. Indeed, the research in molecular fossils belongs to cutting edge of science, which is amalgamated from palaeobotany, plant anatomy, molecular biology and biogeochemistry. As yet, many questions in this field are not solved. A rich compression fossil assemblage is found from the Miocene Shenxian Formation, Tiantai county, Zhejiang province, providing materials for studying molecular fossils. In this study, a variety of fossil plants ranging from leaves to fruits and seeds, are analyzed to obtain biomolecular composition. Comparison between microscopic structure and biomolecule discloses the preservation of plant fossils and gets the influence factors of molecular fossils in preservation. Comparing in situ biomolecules of fossil plants to those of modern equivalents shows the fossilization process of plants, further qualifying the calibrating criteria of compound-specific stable isotope caused by fossilization. It establishes the basis of reconstructing palaeoenvironment based on stable isotope of fossil plants. Moreover, the study of specific aliphatic compounds as part of biomolecule can explore their preservational mechanism in strata, further suggesting kerogen's formation. This project can take the Miocene fossil plants from Tiantai county, Zhejiang province, into the forward realm of molecular fossils, consequently promoting the effect of fossil plants from Shengxian Formation.

学科间的交叉渗透正成为当前研究的大趋势，分子化石研究融合了古植物学、植物解剖学、分子生物学和生物地球化学等多个学科的理论和方法，成为新兴的交叉前沿领域，存在许多亟待解决的科学问题。浙江天台中新统嵊县组含有丰富的压型化石，为开展分子化石研究提供了充分的条件。从嵊县组地层中选取不同类型的植物化石，分析化石的生物分子组分，提取出化石的分子特征，与其超微结构比较，揭示嵊县组植物化石的保存状态，获得影响化石分子保存的因素。将植物化石的原位生物分子与现生对应种的分子组分进行对比，了解植物的化石化过程，定量出化石单体分子同位素由化石化作用所引起的偏差的校正参数，为利用化石植物同位素准确重建古环境奠定基础。此外，分析不同化石植物生物组分中的脂肪族化合物，探讨此类化合物在地层中的保存机制，进而查明干酪根的形成机制。该项目将使浙江天台中新世植物化石在解决分子化石领域的前沿问题中发挥出重要的作用。

学科交叉和领域渗透已成为几乎所有科学分支向前发展的一种源动力。化石分子的研究作为一个新兴的研究方向，借鉴了现代分子生物学、有机地球化学等实验手段，融合了古生物学、分子生物学和生物地球化学等多个学科分支的理论和方法，代表现代科学园地中一个典型的跨学科交叉前沿领域，为生物地球化学和古生物学的结合提供新的契机，许多问题亟待探索。新近纪是地质历史中一个最新的时期，与人类关系最密切，因此研究新近纪以来的生物和环境演变，对了解现今全球植被和环境格局的形成以及未来的发展显得尤为重要。浙江天台嵊县组中已发现大量精美的植物化石，为获取新近纪古生物和古环境提供了良好条件。但是，在利用植物化石重建古环境时面临的最大问题就是成岩作用对植物化石保存的影响，而植物化石生物分子的研究可以从从分子水平了解古生物特征、化石的成岩过程，进而研究化石的保存机制。本次研究主要通过浙江天台嵊县组中植物化石及其现生对应植物的高温热解气相色谱质谱分析，开展原位分子化石的研究，从分子水平上研究嵊县组植物化石的保存特征，与美国Clarkia中新世植物化石的生物分子进行比较，发现研究区植物化石的分子特征比美国Clarkia的保存得更好。进一步比较现生和化石植物正构烷烃/烯烃的差异，论证了脂肪族化合物的保存机制为原位聚合。同时，分析了枫香植物化石的稳定同位素特征，发现阳叶的稳定碳同位素对古环境变化更加敏感，是重建古环境更好的材料。选取嵊县植物群中保存完好的核果化石，通过超微结构研究，鉴定出马甲子属植物的一新种——小果马甲子（Paliurus microcarpa Xiang-Chuan Li sp. nov.），讨论了马甲子属植物的地理演化趋势。通过区域地层对比，明确其绝对年龄介于13-10.5 Ma（40Ar-39Ar坪法）或13-10.38Ma（K-Ar法）之间，时代应为中新世。为了获取地质历史时期大尺度的环境变化，本项目也研究了侏罗纪植物化石，分析其气孔参数，获得中侏罗世的CO2浓度为1770ppmv，比新近纪CO2浓度高出很多。该项目的圆满执行，开创了浙东嵊县组植物化石的生物分子研究，在解决分子化石的前沿问题中发挥出作用，同时为利用植物化石重建古环境提供了良好的指示意义，也为了解地质历史时期古环境变化提供了帮助。