陕南寒武纪早期宽川铺组微体球状化石类型多样,如何正确辨别这些球状化石的生物属性是当前早期生命演化古生物学研究中的一个难点.我们在宽川铺组中发现了一类为数众多,具有一个或者多个不规则的帽状隆起结构以及翻边帽沿的帽状化石.研究表明这些帽状化石均为不完整的个体,其完整形态呈不规则的凹球形.根据帽球状化石帽身的数量和相对位置,这类化石可划分为“单帽型”、“双帽型”和“复帽型”三种类型.这些凹球状化石呈双层壳壁,内壁光滑,外壁粗糙.因为凹球状化石形态及其表面小孔与微体藻类、后生动物的胚胎以及壳体化石差异都非常显著,所以推测这类化石可能与带壳原生动物亲缘关系最为紧密.

以宽川铺生物群中获取的磷酸盐化立体保存的胚胎化石为研究材料,对胚胎化石表面超微结构和内部解剖结构进行观察并对比分析.结果显示,大部分胚胎化石表面被一单层光滑卵膜结构所包裹,卵膜之下胚胎形态多样;刺状结构位于卵膜之下,为原生质胚胎分泌而成的保护层,出现在不同大小和不同类型的胚胎中.结果表明:1)单一依靠胚胎大小或者表面结构不能作为胚胎的分类依据;2)与现生海葵等动物胚胎表面微绒毛相似,Olivooides表面刺状结构可能具有保护胚胎和生态扩散的功能;3)带刺Olivooides很可能发育成为动物演化早期最简单的带刺幼虫形式,是动物间接发育的证据.

我国华南扬子板块埃迪卡拉纪—寒武纪的含磷地层中产有丰富的呈现分裂特征的多细胞球状化石.由于有效信息的缺乏,长期以来,这些球状化石的生物属性及分类存在争议.我们在陕南寒武系宽川铺组获得的一些保存精美的分裂型球状化石,具有明显的多级四分体结构,通过与同层位产出的动物卵裂期胚胎化石、瓮安生物群中四分体结构的藻类化石对比,结果表明这些分裂球形化石很可能为多细胞藻类.

首次描述并研究了在湖南张家界四都坪乡四都坪剖面埃迪卡拉系陡山沱组下部硅质条带和结核中发现的保存精美的微体化石.化石组合包括大型具刺疑源类Cavaspina acuminata,Cavaspina basiconica,Gyalosphaeridium sp.,Mengeosphaera latibasis,Tanarium varium,Tanarium sp.和Urasphaera fungiformis;球状化石Megasphaera inornata;球状、丝状蓝藻化石 Archaeoph ycus yunnanensis,Pol ytrichoides sp.,Salome hubeiensis,Siphonophycus robustum,S.typicum,S.kestron,和S.solidum以及多细胞藻类Wengania minuta.该微体化石组合与湖北峡东地区陡山沱组三段硅质结核中以大型具刺疑源类Tanarium为特征的组合面貌基本一致.这些微体化石的发现,进一步完善了我国埃迪卡拉系(震旦系)陡山沱组的生物地层序列,也为华南扬子地区陡山沱组的地层对比提供了新的古生物证据.

遗迹化石是埃迪卡拉纪存在两侧对称动物最有力的证据.但多数埃迪卡拉纪遗迹化石为简单、水平的表面爬迹或潜穴.在湖北三峡地区灯影组石板滩段含典型埃迪卡拉软躯体化石的地层中新发现一类形态特别的化石,呈蝌蚪状,一端膨大,一端细管状.通过对化石形态、同位素分析以及沉积学特征的研究,说明该化石为遗迹化石,而不是实体化石.蝌蚪状化石为一种复合迹,垂向活动形成球状的膨大端,平行藻席层活动形成近于水平的潜穴,反映了造迹生物垂向切穿藻席层并沿藻席层进行觅食的行为.该发现说明了在埃迪卡拉纪晚期已有两侧对称动物开始形成较为复杂的潜穴.

我国华南二叠纪-三叠纪之交的地层中,微生物岩发育,其中所发现的蓝细菌以结构、构造比较简单的微球状蓝细菌为主.四川广安谢家槽剖面下三叠统夜郎组底部产有一套厚约20 m的凝块岩,通过对凝块岩薄片的显微镜照片观察,发现其中产有丰富的、保存精美的疑似的蓝细菌化石,它们清楚地展现了比此前所报道的蓝细菌更为复杂的内部结构、构造.根据其特点,可以分辨出四种主要类型:疑似的花冠状蓝细菌,疑似的蛛网状蓝细菌,疑似的嫩芽状蓝细菌和疑似的似管状蓝细菌,文中对它们进行了详细描述.另外,在研究的凝块岩薄片中,还发现了有些黑色的条带,这些条带并没有覆盖整个凝块岩,只是覆盖一部分,其中蓝细菌的结构、构造与条带外的微生物岩中的蓝细菌有着很大区别,条带中的黑色物质远比条带外的多,围绕这些黑色物质的丝状体呈网孔状,而条带外的丝状体则呈长条形或椭球状.这些黑色的条带很可能是原始的蓝细菌生物膜,文中称之为疑似的蓝细菌生物膜,这也是早三叠世蓝细菌生物膜的首次报道.对蓝细菌生物膜的进一步研究,可以帮助我们了解蓝细菌的生长过程以及生物膜在微生物岩形成中的作用.

始海百合类是贵州寒武纪杷榔动物群和凯里生物群代表性化石类群.产出杷榔动物群和凯里生物群的杷榔组和凯里组主要由灰绿色、灰色的泥、页岩组成,始海百合类化石保存在2个组中上部的泥、页岩中,化石保存好,丰度高,是陆棚斜坡较深水环境生态类群的典型代表.本文基于来自杷榔组的36块Guizhoueocrinus yui,29块Protogloboeocrinus yini标本,和凯里组的20块Sinoeocrinus lui,20块Globoeocrinus globulus标本,采用几何形态测量方法和传统形态测量方法,对每块标本萼部选定了4个界标点(landmark),进行数理统计和几何形态的定量分析.发现寒武纪始海百合类的萼部尺寸上差异较小,在形态上,杷榔组的Protogloboeocrinus yini和Guizhoueocrinus yui萼形相似,均偏细长形,而凯里组的Sinoeocrinus lui和Globoeocrinus globulus萼形差异较大,口部区域宽度均出现增大,萼茎连接处宽度则出现变大和变小两种趋势.结果说明:同一生态环境下寒武纪早期的Guizhoueocrinus yui,和中期的Sinoeocrinus lui的萼在演化上具连续性,细长的萼与长茎能够让始海百合个体更有效捕食上部水域的食物,而寒武纪早期的Protogloboeocrinus yini和中期的Globoeocrinus globulus的萼在形态上具有演化上的连续性.球状的萼配合粗短的茎,可以增强始海百合个体的稳定性,以适应更强的水动力环境,表明出现了生态位的扩张.

埃迪卡拉纪晚期高家山生物群的多门类骨骼化石组合, 在后生动物起源及早期生命演化方面具有极其重要的意义.在对高家山生物群中的研究中, 新发现了大量的磷酸盐化球状化石, 包括单体球类、二分球类及三分球类等.这些磷酸盐化球状化石在形态结构方面与"瓮安生物群"、"宽川铺生物群"中报道的球状化石有着一定的相似性.高家山生物群中球状化石新材料的发现不仅丰富了高家山生物群的多样性, 为早期生命演化提供了可靠的材料, 也揭示了前寒武纪-寒武纪生物之间可能存在着一定的连续性.

我国陕南寒武纪初期的宽川铺组(距今大约535百万年)以盛产磷酸盐化的微体小壳化石和球状动物胚胎化石而闻名于世,是探索早期动物门类起源和寒武纪生命大爆发研究中的一个非常重要的窗口.在宽川铺组中寻找微体化石新类型主要依赖显微镜下人工挑选的传统方法日趋低效,迫切需要新的技术手段来解决这些问题.而微体化石数量庞大,大小接近,形态简单,非常适合于采用机器学习的手段进行人工智能分类.我们在宽川铺组微体化石中尝试使用机器学习的手段来进行化石图像识别和机器分拣.采用方向梯度直方图来提取化石图像的主要向量特征,并设计了二叉树型多分类识别器进行化石数字分类.目前处理了5 000多张微体化石照片的人工智能识别,已经取得了较高的准确率.

上世纪70年代在许家窑-侯家窑地点发现的人类化石对了解东亚中晚更新世过渡时期古人类的形态演化起到了重要作用.除形态特征外,针对许家窑人病理表现也开展过相关研究,其中许家窑人幼年个体前部牙齿上出现的黄色小坑被认为是患有氟斑牙病的证据,且可能代表世界范围内该牙病的最早实例.然而,经电子显微镜和显微断层扫描显示,这些黄色小坑或凹陷是釉质发育不良表现,而不是代表个体患有氟斑牙病后牙齿受咀嚼压力而产生的物理破损.同步辐射扫描显示,许家窑幼年个体前部牙齿釉质密度均匀,没有出现浅层釉质矿化减小的现象,不支持该个体因釉质矿化过程受影响而患有典型氟斑牙的结论.尽管如此,后部牙齿上大量坑状的釉质缺陷和坑状缺陷底部的加重生长线特征不排除是个体氟摄入过量而影响釉质形成的分泌期而导致的.除表面坑状釉质缺陷外,许家窑幼年个体恒齿不同部位的釉质内部出现缺失(空间结构一般为圆球状).缺失主要集中在浅层区域,沿齿尖-齿颈方向的密集程度变化与釉质发育不良位置具有一定相关性.釉质内部缺失有时互连并与釉质表面垂直.以上特征显示釉质内部缺失是釉质形成过程受影响所致,且影响因素和发生机理可能与釉质发育不良的类似.许家窑幼年个体不同牙齿在外部釉质缺陷和内部釉质缺失密集程度上的差别可能反映的是个体在发育过程中所需应对的外界扰动因素程度不同.未来研究可对包含许家窑人化石的堆积物中以及许家窑人牙齿中的氟含量进行测定,以进一步研究许家窑人个体的生活环境中是否有过量的氟以及许家窑人是否摄入了过量氟元素,从而对许家窑人的牙齿发育缺陷机理有一个进一步的了解.