北京時間5月30日17時，《自然-植物》（Nature Plants）雜志以長文（article）形式在線刊發了西北大學地質學系劉麗靜副教授等人的最新成果——《奧陶紀海洋輪藻及其對陸地植物起源的啟示》，宣告了在中國塔里木和鄂爾多斯盆地發現了地球上已知最早的輪藻門化石。該研究將輪藻門化石的地質記錄從晚志留世提前到晚奧陶世，將其起源時間向前推進了約2800萬年，為陸地植物于奧陶紀起源于輪藻門的推論提供了關鍵的化石證據。

劉麗靜為論文第一作者，西北大學為第一完成和通訊單位。中國科學院地質與地球物理研究所和美國田納西大學為共同通訊單位。

打破認知局限 證實陸地植物起源假說

陸地植物（又稱有胚植物）的起源影響了地球生物圈、巖石圈和大氣圈，極大地改變了地球表面環境，是地球演化歷史上重要的生物演化事件。基于形態、解剖、生理和基因特征的研究認識，植物學界形成了一個共識性的假說：陸地植物起源于陸地淡水藻類輪藻門（廣義，又稱為鏈形藻類），其中形態與陸地植物最接近的輪藻綱(Charophyceae)，多細胞分枝藻類鞘毛綱(Coleochaetophyceae)以及形態最簡單的雙星藻綱(Zygnematophyceae)都曾被認為是陸地植物最近的姊妹群。

最新的分子鐘研究認為，陸地植物是在寒武紀早期——早奧陶世期間起源于輪藻門。但是，目前最早的陸地植物的化石一般認為是中奧陶世達瑞威爾期出現的有規則四分體結構的隱孢子，或者代表了陸地植物減數孢子先于孢子體形成。然而，目前最早的雙星藻綱化石記錄來自于中泥盆世，而最確切最古老的輪藻門化石記錄來自晚志留世（425Ma）的陸相地層的輪藻綱化石。因此，晚志留世之前輪藻門化石記錄的缺乏，阻礙了人們對陸地植物是否在奧陶紀期間從輪藻門演化而來的認識。

該研究首次發現了來自塔里木盆地晚奧陶世早期（凱迪早期）以及鄂爾多斯晚奧陶世早期（凱迪中期）（450Ma）的海相碳酸鹽巖地層中的海生輪藻鈣質葉狀體化石。

讓人驚訝的是，此次在塔里木盆地發現的輪藻綱葉狀體關鍵特征的正模標本，化石保存狀態堪稱奇跡般，主軸上有輪生小枝，且有節與節間分化，節間上覆蓋有縱向排列的皮層細胞，小枝也具有皮層細胞。“正因如此，我們團隊把它驕傲地命名為奇跡塔里木輪藻Tarimochara miracelensis gen. et sp. nov.” 劉麗靜說。

此外，團隊還發現了稀少的可能是覆蓋藏卵器的外殼化石，它們的葉狀體和現生的輪藻非常接近，表明輪藻葉狀體演化非常保守。同時，由于其皮層細胞更多，缺乏復雜的外殼和鈣化藏卵器等特征，被認為是輪藻綱的基干類群。根據紅藻門、綠藻門、輪藻門中6個綱，以及有胚植物各門類（苔蘚植物，石松植物、蕨類植物，裸子植物，種子植物）共13個類群62個性狀特征的系統發育分析，首次綜合前人關于形態、解剖、基因的發現對其開展了系統發育分析，團隊進一步確認了陸地植物與輪藻門的演化關系。該發現首次表明在凱迪早期之前已經出現了從輪藻門向陸地植物的進化過程中關鍵的形態創新（如多細胞分枝、卵式生殖等），這為陸地植物于奧陶紀起源于輪藻門的推論提供了關鍵化石證據。

△輪藻綱系統發育分析顯示與陸地植物具有密切的演化關系：前人基于基因序列（a），本研究基于形態、解剖、生理、關鍵基因有無等貝葉斯系統發育分析結果（b）

此前，輪藻化石一直是中生代以來湖相地層劃分和對比重要的依據，且現生輪藻綱一般生長在淡水或微咸水，因此，輪藻化石一般也認為是來自陸地湖泊河流相環境的。奇跡塔里木輪藻的發現改變了以上的固有認知，表明了輪藻綱在晚奧陶世凱迪期之前就已經演化出來了，且它們中的某些分子在晚奧陶世是可以完全適應海洋環境的——廣泛存在的、保存良好的、無搬運痕跡的、與海洋生物一起保存的。

奇跡塔里木輪藻化石在中國兩大盆地奧陶系海相碳酸鹽巖中的發現雖是意料之外，但又是情理之中——晚奧陶世碳酸鹽巖中富含豐富的海洋鈣質紅藻和鈣質綠藻化石，而輪藻也是一種葉狀體可以發生強烈鈣化的鈣質藻類，那么在這種堿度高、碳酸鈣飽和度高的水體中發現鈣化的輪藻葉狀體也不足為怪了。

跨越15年 將地球的一個重要秘密告訴世界

劉麗靜與奇跡塔里木輪藻的緣分起源于2010年。那時，她在中國科學院地質與地球物理研究所攻讀博士研究生，在導師吳亞生的指導下對來自塔里木和鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽中的鈣質紅藻、綠藻和鈣化藍細菌化石進行系統研究。工作中，她在薄片里發現了大量“串珠狀”的破碎化石，并非當時常見的紅藻和綠藻化石，但是，由于當時認知的局限，以及化石保存的破碎，研究沒有跟進。2010-2013年間劉麗靜先后對來自塔里木和鄂爾多斯奧陶系一萬多張碳酸鹽薄片在顯微鏡下進行了觀察和記錄，將那些浩如煙海的藻類化石都一一進行了系統的拍照，留下了十萬張珍貴的照片，為后面與輪藻化石的“真正相遇”奠定了基礎。

2019年，劉麗靜從一名學子成長為西北大學地質學系古生物學科的教師。一天，她在為研究生課程準備課件時，偶然注意到了文獻里報道的中生代湖相碳酸鹽輪藻莖化石，與曾經見到過奧陶紀“環形串珠”形態的化石相似。于是，劉麗靜把曾經拍下的照片一一查看，發現了這些化石應該是“輪藻莖”橫切面，更令人興奮的是，其中一張照片顯示了該“輪藻莖”主軸的縱切面，擁有節與節間的分化，節間上可見縱向排列的皮層細胞，這些特征是化石可以鑒定為輪藻的最有力的證據。那一刻她確信發現了目前已知最早的輪藻化石。之后，劉麗靜查看了鄂爾多斯盆地奧陶系海相碳酸鹽巖石照片記錄，也發現了少量相似的破碎的“輪藻莖”的化石。原來早在奧陶紀，輪藻門已經在海洋碳酸鹽臺地上廣泛生長著了——她意識到，她發現了地球一個重要的秘密，遲來9年的意外之喜讓劉麗靜如獲珍寶。

2019年初，劉麗靜開啟了輪藻這個嶄新的研究領域。經過前期的積累與探索，劉麗靜與來自美國田納西大學的鈣藻專家Robert Riding教授和中國科學院地質與地球物理研究所周錫強副研究員深入交流，輪藻的鑒定得到了他們的高度肯定和寶貴建議。經Robert推薦，國際陸地植物起源領域著名專家Charlie Wellman對論文中存在的問題給與了建議。之后與來自西北大學早期生命團隊、中國科學院、南京大學、中國石油大學（北京）等單位的合作者們突破了一個又一個研究瓶頸完成了該項跨學科的創新性研究。

2024年9月在意大利的國際化石藻類學術研討會上，劉麗靜向國際同行介紹了該研究成果，得到了高度認可。經過嚴格的審稿和修改，2025年3月被Nature Plants原則性接收。

教學相長 “在西大，我是老師更是學生”

大學時期，劉麗靜在太原理工大學首次接觸到了古生物學，她始終認為地史時期的生物演化是最迷人的研究課題。2017年博士后出站，她來到西北大學工作，成為了院士領銜，一流學科為背景支持的早期生命與環境創新研究團隊中的一員，劉麗靜在西大飛速成長，2019年便在自然指數期刊EPSL上以第一作者和通訊作者發表了奧陶紀鈣化藍細菌化石指標揭示大氣CO?的重要成果。5年后，又和研究團隊在藻類到陸地植物這個重要的生物演化領域留下了濃墨重彩的一筆。

在揭示輪藻門與陸地植物的演化關系中遇到瓶頸時，早期生命與環境創新研究團隊韓健研究員、張志飛教授、李瑞云副教授、華洪教授以及生命科學學院郭斌老師都對該研究給予了重要的幫助，劉麗靜感慨“在西大，我是老師更是學生，老師們的關注和鼓勵，讓我受益匪淺”。歷時1年，團隊建立了首個基于形態、解剖、生理、基因等綜合性狀的系統發育樹，進一步揭示了輪藻門與陸地植物各門類之間的可能的演化關系，這一跨學科研究工作的完成，夯實了輪藻的演化生物學的意義。

經過多年對輪藻化石研究的深挖鉆研，劉麗靜深刻感受到自己的科研水平、論文撰寫能力以及意志力均獲得了顯著提升。“教學和科研是相互促進的，輪藻化石的偶然發現更是直接得益于教學活動。成為導師的這些年，我一直在和學生們共同尋找問題、解決問題、反復修改打磨論文的同時，我感到自己也在成長”她說道。

劉麗靜始終認為，教學相長才能讓研究更有生命力，教學中她傾注了無數的心血，同時也收獲了豐碩成果。自2019年成為研究生導師以來，劉麗靜共指導了7名碩博生，目前已有5名學生獲得碩士學位，1人獲得國家獎學金，2人在全國學術會議上獲得優秀口頭報告獎。西北大學地質學系“艱苦奮斗、自強不息、敢為人先、追求卓越”的優良傳統在教學相長中得以傳承。

此項研究是由中國科學院院士、西北大學地質學系教授舒德干領銜的西北大學早期生命與環境創新研究團隊繼其在寒武紀動物門類起源和演化領域取得一系列高水平研究成果以來，首次在奧陶紀藻類與植物演化領域取得重要成果。《自然-植物》（Nature Plants）是《自然》（Nature）子刊中植物科學領域具有極高的學術價值和國際影響力的國際頂尖期刊。

記者：王波

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