南京汤山驼子洞早更新世的粪化石进行详细研究

近日，中国科学院南京地质古生物研究所领导的一项研究详细研究了南京汤山骆驼洞早期更新的粪化石，揭示了这种特殊类型化石材料的新埋藏模式，为进一步了解特殊埋藏化石库的形成过程，特别是软体生物化石形成过程提供了新的视角。2023年5月25日，国际期刊《当代生物学》发表了相关成果(Current Biology)。

化石为解释地球生命的进化历史提供了最直观的证据，化石的形成过程，即埋藏，一直是科学家关注的焦点。软体生物的石化过程吸引了许多科学家的研究兴趣。在研究大量特殊埋藏化石库的基础上，科学家们认为细菌的腐烂（bacterial decay）该过程是软躯体化石矿化保存的关键。

细菌作为一种个体微生物，有着非常古老的历史。许多细菌类群在生态系统中扮演着分解者的角色。在化石形成过程中，细菌一方面分解动植物残留物，在缺氧条件下形成局部化学梯度环境，吸附/丰富阳离子（如钙、铁离子等），诱导碳酸钙或黄铁矿在细菌代谢的作用下形成铸模，保持软体生物的完整形态，矿化并保存为化石。

【资料图】

作为一种真核生物，虽然真菌的进化历史相对较晚，但在寒武纪之前仍然发现了真菌的化石证据。作为生态系统中另一种重要的分解者，真菌在化石矿化和埋藏中是否也发挥着重要作用仍然是一个未解决的谜。

针对这一科学问题，南京古生物研究所研究员罗茂、尹宗军、郑大燃、副研究员李子波与南京农业大学、南京大学、邓迪大学、布里斯托大学、云南大学等大学的研究人员进行了详细研究。

结果表明，骆驼洞收集的粪化石来自鬣狗等凶猛的捕食者。更有趣的是，粪化石主要由纳米级羟基磷灰石纤维组成，其直径约为30 nm。这种纳米级羟基磷灰石纤维的透射镜特征和形态特征表明，它们不太可能代表骨胶原纤维，也排除了它们是矿化微生物细菌的可能性。这种纳米级羟基磷灰石纤维在细菌诱导形成的化石材料中几乎没有观察到。通过查阅文献，研究人员发现土壤和喀斯特溶洞中有大量由真菌代谢引起的碳酸钙矿物，后者是纳米级矿物纤维。与此同时，文献报道，动物粪便样品中有大量的微生物，包括不同分类位置的细菌和真菌。

基于这些线索，研究人员进行了现代真菌培养实验，以黑曲霉等动物粪便中常见的微生物为对象，以抛光粪化石为固体基质提供钙、磷等元素。在实验室进行的黑曲霉生长和诱导矿物形成实验中，发现黑曲霉表面沉淀的纳米羟基磷灰石纤维与粪化石内矿物的组成和形态结构非常相似。结果表明，黑曲霉等真菌很可能诱导粪化石中丝状磷酸钙纤维的形成，促进粪化石的矿化和化石的形成。

因此，本研究揭示了丝状真菌在化石埋藏中的作用，为进一步了解化石埋藏提供了一个新的视角。该研究还提出，纳米羟基磷灰纤维可以间接作为真菌化石在地质历史时期的矿物证据，也为地外天体生命的识别提供了参考矿物证据。

本研究得到了中国科学院人才计划、自然科学基金委员会、现代古生物学和地层学国家重点实验室开放基金的支持。

论文相关信息：Luo, M., Li, Z., Su, M., Gadd, G.M., Yin, Z.J., Benton, M.J., Pan, Y.H., Zheng, D.R., Zhao, T., Li, Z.B., Chen, Y.X., 2023. Current Biology, https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.067.

图1 骆驼洞化石的宏观形态，包括骨碎片和毛发化石

图2 丝状磷酸钙矿物与骆驼洞粪化石中的纳米磷酸钙和真菌培养实验进行了比较

图3 骆驼洞粪化石中羟基磷灰石谱学特征

图4 丝状纳米纤维和真菌培养实验诱导形成丝状纳米纤维的尺寸和元素组成对比