华北古元古代晚期至中元古代早期微生物群落及真核生物研究

In Precambrian, the origin and early evolution of eukaryotes is one of the most important key problems of science. On the basis of current fossil records, the interval from late Paleoproterozoic to Mesoproterozoic was an important time for the origin and diversification of eukaryotes. However, paleontological research of eukaryotes in this time is relatively weak. The Paleoproterozoic to Mesoproterozoic strata in North China are the key strata for studying the origin and early evolution of eukaryotes. Based on the previous studies, we selected the Chuanlinggou Formation and Gaoyuzhuang Formation which are the most likely to make breakthroughs in the research of eukaryotes. With the support of this project, we plan to do systematically investigation of microfossils from the Chuanlinggou Formation and the Gaoyuzhuang Formation. Microfossil assemblages will be established for these two lithologic formations. By comparing microfossils from different sedimentary facies and environments, the spatial distributional pattern of eukaryotes will be furtherly studied. At the same time, we will conduct morphological and micro-chemical studies on eukaryotes found within the target horizons using multiple techniques, including optical microscope, field emission scanning electron microscopy, confocal microscopy, Raman spectroscopy, transmission electron microscope, Nano-SIMS, fourier transform infrared spectrometer, etc. Then we will discuss the morphological differentiation and evolution of eukaryotes during the transition time of Paleoproterozoic and Mesoproterozoic.

真核生物的起源与早期演化是前寒武纪研究的科学焦点之一。从当前的化石记录来看，古元古代晚期至中元古代早期是真核生物起源与分化的重要时期。但是这个时期的古生物学研究还相对薄弱。我国华北地区的古元古代晚期至中元古代的地层是研究早期真核生物起源与演化的关键地层。因此本项目在前期研究的基础上，选择在真核生物演化方面有可能取得突破的串岭沟组和高于庄组进行研究。计划系统的调查这两个组的微体古生物化石，建立完整的微体化石组合。并通过对不同相区、不同沉积环境的微体化石的对比研究，深入探讨真核生物在空间上的分布规律。同时，将采用包括光学显微镜、场发射电子显微镜、激光共聚焦显微镜、拉曼光谱分析仪、透射电子显微镜、高分辨率二次离子质谱仪和傅里叶变换红外光谱等多种技术手段对目标层位内的真核生物化石进行形态学和化学成分的研究，进而探讨真核生物在古元古代与中元古代转折期的分异程度和演化规律。

古元古代至中元古代的转折期是真核生物起源和早期演化的重要阶段，同时也因为各种因素的影响，是一个研究相对薄弱的时段，特别是在古生物的研究方面。针对这一科学问题，本项目选取燕辽地区的串岭沟组、高于庄组和雾迷山组等保存完好的地层，从古生物学和沉积学两个方面入手开展了较为系统的研究，并在以下两个方面取得了新的认识：1）通过对燕辽地区串岭沟组的有机质壁化石进行系统调查，在研究区发现了大量的具有机质壁化石，其中多个类型具有复杂的纹饰和外部形态。通过对化石形态和化石多样性的研究，进一步确认真核生物在古元古代晚期就已经出现。在古元古代晚期和中元古代早期的海洋生态系中，虽然化能自养微生物等原核生物仍是主导类群，新出现的真核生物所占的比例非常有限，但是它们已经具有了较为可观的分异度。2）通过对燕辽地区高于庄组和雾迷山组的微生物岩中立体保存的化石和微组构信息进行了新的调查研究，从中识别出大量的由于迅速矿化所保留的与生命活动有关的现象，经过归类总结从中识别出生物的逃逸、排氧、漂浮、繁殖和共生等生物行为。目前已经完成对微生物排气现象和漂浮现象的初步研究。通过对排气现象的研究，梳理了蓝细菌在微生物席内产生氧气，氧气在席内积聚，以及氧气从席内喷出的不同阶段的证据链，为蓝细菌排放氧气现象的古今对比提供了化石证据，同时也建立了中元古代早期的氧化还原环境与生物之间的联系，为该时期海洋持续氧化提供了化石证据支持。通过对微生物席的化石记录的研究，从中识别出了瞬时保存的漂浮微生物席，这一现象的发现将漂浮蓝细菌的起源的时间推进到了14.5亿年，并提出在该时期高温高盐的环境当中蓝细菌通过漂浮这一更高级生态位为物种的发展提供了更广泛的生存空间。对微生物岩中立体保存的化石信息的研究新发现说明，蓝细菌在这个时期的繁盛不止表现为巨大的生物量，还发展出了与环境变化相对应的多种生存策略，进一步证明，该时期是一个蓝细菌演化的重要时期。