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古脊椎所等在華南志留系-泥盆系界線研究中取得進展

2021-07-30 古脊椎動物與古人類研究所
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  志留系-泥盆系界線(SDB)是首個使用現代地層學方法和程序進行系統研究的系之間的界線,其界線層型(GSSP)位于捷克布拉格西南35km處、克隆克地區Suchomasty附近的微晶灰巖與頁巖互層的層序中,該界線被明確定義在Lochkov組第20層上部筆石Monograptus uniformis uniformis化石帶的底部,輔助的標志化石包括首次出現的三葉蟲Warburgella rugulosa rugosa和牙形刺Caudicriodus hesperius。在華南滇東地區,連續的上志留統-下泥盆統出露良好,提供了從開闊海洋向近岸環境過渡的完整記錄,并伴隨著早期脊椎動物的分化和動物群的更替。近百年來,盡管在滇東地區開展了大量古生物學研究,但在該地區尚未發現三個早泥盆世最早期的標志化石,這導致了SDB在該地區的確切位置長期以來存有較大爭議。概括來說, 滇東地區SDB的劃分方案有如下五種意見(表1):(A)在玉龍寺組底部;(B)在玉龍寺組上黑色頁巖層底部;(C)在西山村組(或下西山村組)內部某處;(D)在玉龍寺組頂部或西山村組底部;(E)在西屯組中部某處。基于目前對滇東西山村剖面生物地層學的研究,前三個方案已被放棄,而后兩個方案迄今尚未達成共識。

  有化學地層學研究表明,無機碳和有機碳穩定同位素(δ13Ccarbδ13Corg)在世界各地志留系最上部-泥盆系最下部地層中存在明顯正向偏移。在過去三十年中,作為一次顯著的全球性碳循環波動,克隆克事件(Klonk Event)已在世界各地SDB地層記錄中被陸續識別出來。根據δ13C漂移的幅度,SDB上下碳同位素的明顯波動代表了古生代期間有據可查的最大的生物地球化學轉變之一,這表明SDB這條界線可以依據明顯的“重碳”信號在全球范圍內進行對比。橫跨SDB的化學地層學研究對高分辨率的地層對比和全球事件的認識可做出更大貢獻。在滇東開展SDB上下δ13C化學地層學的詳細研究,不僅能夠為確定滇東地區SDB的準確位置提供新的數據資料,而且能夠加深對早期脊椎動物,特別是肉鰭魚類早期演化的認識。

  近日,SCIENCE CHINA: Earth Sciences(《中國科學:地球科學》)中、英文版分別在線發表了由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所早期脊椎動物與中國科學技術大學、同濟大學海洋地質國家重點實驗室科研人員共同完成的題為“滇東志留系-泥盆系界線與肺魚-四足動物分歧點的最小時間約束”的最新研究成果。滇東SDB準確位置的確定既具有全球地層對比意義,也直接影響肺魚-四足動物分歧點的最小與最大時間約束的估算。

  科研人員主要對滇東宜良大河地區連續的SDB層序開展了詳細的δ13C化學地層學研究工作,獲得了δ13Corgδ13Ccarb和TOC的數值及變化曲線等地球化學指標。研究表明,玉龍寺組上部和西山村組下部的δ13Corg值有明顯正向偏移,在西山村組最下部樣品YD-25中顯現δ13Corg的峰值(-20.0‰),再現了全球志留系最上部至泥盆系最下部δ13Corg的變化趨勢。δ13Corg在大河剖面上跨越SDB的這種變化特征與在捷克布拉格盆地克隆克GSSP附近Klonk-1鉆孔SDB地層層序中的變化趨勢類似,據此將大河地區的SDB置于西山村組最下部樣品YD-17和YD-18之間,曲靖地區西山村組下部早泥盆世花鱗魚類副花鱗魚(Parathelodus)的新發現佐證了這一觀點(圖1)。

  早期肉鰭魚類化石的多樣性在中國南方,特別是滇東地區較高。其化石記錄表明,重要肉鰭魚類支系的最早代表出現在云南(圖2)。大河地區SDB的確定以及滇東地區已有的古生物資料和生物地層化石帶的建立,為厘清滇東含魚地層的地質時代提供了關鍵資料,有助于校準空棘魚-扇鰭魚與肺魚-四足動物分歧點的最小和最大估算時間。

  產自滇東西山村組和西屯組(泥盆紀洛赫考夫期,時限約為419.2±3.2~410.8±2.8 Ma)的肺魚形類楊氏魚(Youngolepis),被普遍認為是扇鰭魚類冠群及肉鰭魚類冠群最古老的代表,將空棘魚類排除在外的扇鰭魚類冠群主要包括肺魚類和四足動物(圖2)。已知最古老肉鰭魚類冠群的姊妹類群,如斑鱗魚(Psarolepis)、鬼魚(Guiyu),在志留系羅德洛統盧德福特階(425.6±0.9 Ma)中已有報道。因此,空棘魚-扇鰭魚和肺魚-四足動物的分異均應發生在羅德洛世-洛赫考夫期間隔內,這意味著兩個分歧點的最小估算時間至少應為416.0(419.2-3.2) Ma、最大估算時間約為426.5(425.6+0.9) Ma,即空棘魚-扇鰭魚與肺魚-四足動物的分異均應發生在426.5~416.0 Ma之間(圖3)。

  研究工作得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金項目和中科院前沿科學重點研究項目的支持。 

  論文鏈接:12 

表1.滇東曲靖地區SDB的代表性劃分方案(魚剪影代表肉鰭魚類冠群的最低層位

圖1.宜良大河復合剖面有機碳同位素變化曲線及與國內外經典SDB剖面的化學地層對比

圖2.志留紀-泥盆紀期間早期有頜類的系統發育與地史分布

圖3.肉鰭魚類支系(包括現生空棘魚類、肺魚類及四足動物)的系統發育及地史分布

打印 責任編輯:閻芳

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