基于化石和現(xiàn)代輪藻綱構(gòu)建的奇跡塔里木輪藻復(fù)原圖。劉茜/繪

■本報見習(xí)記者 李媛

近日，《自然-植物》在線發(fā)表了西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系副教授劉麗靜團隊的重大研究成果。該團隊在中國塔里木盆地和鄂爾多斯盆地的奧陶紀海相地層中，發(fā)現(xiàn)了距今約4.5億年的輪藻門化石，這是目前全球已知最古老的輪藻化石記錄。

這一發(fā)現(xiàn)將輪藻門化石的地質(zhì)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“陸地植物起源于奧陶紀輪藻門”的推論提供了關(guān)鍵性化石證據(jù)。

填補關(guān)鍵化石空白

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，極大改變了地球表面環(huán)境，是地球演化歷史上重要的生物演化事件?；谛螒B(tài)、解剖、生理和基因特征的研究認識，植物學(xué)界形成了一個共識性的假說——陸地植物起源于淡水藻類輪藻門。

最新分子鐘研究認為，陸地植物在寒武紀早期至早奧陶世期間起源于輪藻門。但是，目前最早的陸地植物化石一般認為是中奧陶世達瑞威爾期出現(xiàn)有規(guī)則四分體結(jié)構(gòu)的隱孢子，或者代表了陸地植物減數(shù)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(fā)現(xiàn)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）的海相碳酸鹽巖地層中的海生輪藻鈣質(zhì)葉狀體化石。

令人驚訝的是，此次在塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的具有輪藻綱葉狀體關(guān)鍵特征的正模標本，化石保存狀態(tài)堪稱奇跡，主軸上有輪生小枝，且有節(jié)與節(jié)間的分化，節(jié)間上覆蓋有縱向排列的皮層細胞，小枝也具有皮層細胞?！罢蛉绱?，我們團隊把它驕傲地命名為奇跡塔里木輪藻?！眲Ⅺ愳o說。

此外，團隊還發(fā)現(xiàn)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(xiàn)生輪藻非常接近，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(fù)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(jù)紅藻門、綠藻門、輪藻門中6個綱，以及有胚植物各門類共13個類群62個性狀特征的系統(tǒng)發(fā)育分析，團隊首次綜合前人關(guān)于形態(tài)、解剖、基因的發(fā)現(xiàn)對其開展了系統(tǒng)發(fā)育分析，進一步確認了陸地植物與輪藻門的演化關(guān)系。

該發(fā)現(xiàn)首次表明在凱迪早期之前已經(jīng)出現(xiàn)了從輪藻門向陸地植物演化過程中關(guān)鍵的形態(tài)創(chuàng)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(guān)鍵化石證據(jù)。

此前，輪藻化石一直是中生代以來湖相地層劃分和對比的重要依據(jù)，且現(xiàn)生輪藻綱一般生長在淡水或微咸水，因此，輪藻化石一般被認為是來自陸地湖泊河流相環(huán)境的。奇跡塔里木輪藻的發(fā)現(xiàn)改變了以上的固有認知，表明輪藻綱在晚奧陶世凱迪期之前就已經(jīng)演化出來，且它們中的某些分子在晚奧陶世是可以完全適應(yīng)海洋環(huán)境的。

從“偶然發(fā)現(xiàn)”到“重要突破”

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(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所讀博，在導(dǎo)師吳亞生的指導(dǎo)下對來自塔里木盆地和鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽中的鈣質(zhì)紅藻、綠藻和鈣化藍細菌化石進行系統(tǒng)研究。工作中，她在薄片里發(fā)現(xiàn)了大量“串珠狀”破碎化石，但因當時認知有限，未能深入研究。

2010至2013年間，劉麗靜在顯微鏡下對來自塔里木盆地和鄂爾多斯盆地奧陶系的一萬多張?zhí)妓猁}薄片進行觀察和記錄，將那些浩如煙海的藻類化石一 一進行系統(tǒng)的拍照，留下了10萬張珍貴照片。這為后面與輪藻化石的“真正相遇”奠定了基礎(chǔ)。

2019年，劉麗靜成為西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古生物學(xué)科教師。在為研究生課程準備課件時，她偶然注意到文獻里報道的中生代湖相碳酸鹽輪藻莖化石，與曾經(jīng)見到過的奧陶紀“環(huán)形串珠”形態(tài)化石相似。于是，劉麗靜一一查看曾經(jīng)拍下的照片，發(fā)現(xiàn)這些化石應(yīng)該是“輪藻莖”的橫切面。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(jié)與節(jié)間的分化，節(jié)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證據(jù)。那一刻，她確信發(fā)現(xiàn)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，發(fā)現(xiàn)了少量相似的破碎“輪藻莖”化石。原來早在奧陶紀，輪藻門已經(jīng)在熱帶淺海上廣泛生長——她意識到，她發(fā)現(xiàn)了地球的一個重要秘密。

經(jīng)過前期的積累與探索，劉麗靜與美國田納西大學(xué)教授、鈣藻專家Robert Riding和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員周錫強深入交流，經(jīng)Riding推薦，國際陸地植物起源領(lǐng)域著名專家Charlie Wellman又對論文中存在的問題提出了建議。之后，她與來自西北大學(xué)早期生命團隊及多家單位的合作者突破研究瓶頸，完成了這項跨學(xué)科的創(chuàng)新性研究。

該研究是由中國科學(xué)院院士、西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系教授舒德干領(lǐng)銜的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團隊繼其在寒武紀動物門類起源和演化領(lǐng)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(lǐng)域取得重要成果。

“未來，我們將繼續(xù)探索早期生命演化的奧秘，為地球生命史拼圖填補更多空白?！眲Ⅺ愳o表示。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02003-y

原文鏈接：https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2025/6/385078.shtm