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              華北地台元古代有機質壁微體化石拉曼光譜研究新進展
              2020-09-30 | 编辑: | 【

              拉曼光譜作爲一種低破壞性的分析手段,近年來被越來越多地應用于前寒武紀微體化石研究,包括三維礦化保存的微體化石、在細碎屑岩中保存的有機質壁微體化石以及太古代-古元古代的疑似微體化石。拉曼光譜不僅可以分析微體化石中有機物的原子和分子的陈列結構特征、振動信息等,也可以作爲地質溫度計對這些有機物經曆過的熱演化曆史進行評估。以往的拉曼光譜研究顯示,元古代矽化保存的藍細菌化石,其中的有機物保存了超微結構秩序的異質性。然而這類研究尚未應用到元古代以碳質壓膜形式保存的真核微體化石上。

              近期,中國科學院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的庞科副研究员、硕士研究生吴承羲、李光金博士、万斌副研究员、袁训来研究员等人与美国弗吉尼亚理工大学的唐卿博士、肖书海教授、Robert J. Bodnar教授,以及山東科技大學陳雷教授合作,利用拉曼光譜對華北地台古元古代晚期汝陽群和新元古代早期劉老碑組中産自同一層位的有機質壁微體化石,進行了系統的對比研究。這兩處地層中的微體化石,均只經曆了低級別的變質作用,並利用拉曼地質溫度計得出兩處最高變質溫度均在200℃左右。相關成果已于近期發表在地學類學術期刊《前寒武紀研究》(Precambrian Research)上。

              研究發現,超微結構秩序的異質性,存在于微體化石Shuiyousphaeridium macroreticulatum的不同亞細胞結構和産自同一層位的不同屬種之間。這些異質性很可能來源于不同的前體有機化合物,反映了微體化石在生活狀態下各結構或各屬種之間的有機物組成存在差異。這啓示我們,利用有機物的拉曼光譜特征進行地質溫度計算時,應該充分考慮到不同亞細胞結構、不同屬種之間的差異性。

              元古代有機質壁微體化石的屬種分類,主要是基于化石不同形態之間的差異。有意思的是,本次研究表明,拉曼光譜特征可以用于佐證基于形態的分類方案的合理性。比如,産自汝陽群同一層位的Shuiyousphaeridium macroreticulatumDictyosphaera delicata,它們的膜殼壁結構非常类似,均由六邊形的小板片組成,只是前者比後者多了一層外被薄膜和表面突起。雖然這兩種化石的拉曼光譜多個參數均存在差異性,但是當我們把來自膜殼壁以外其他結構産生的數據從Shuiyousphaeridium macroreticulatum中排除以後,這兩種化石膜殼壁的拉曼光譜則非常类似。以往的研究曾提出,這兩種化石可能爲同一種生物處于不同的生活史發育階段,本次研究支持了這種假說。

              元古代最常見的一種有機質壁微體化石Leiosphaeridia屬,因其表面光滑、無明顯裝飾結構,其形態分類異常混亂。有一種觀點是只基于化石的直徑大小和在光學顯微鏡下的透光程度(間接反映膜殼壁的厚度)來劃分不同種類。比如Leiosphaeridia jacuticaLeiosphaeridia tenuissima,它們的膜殼直徑均大于70 μm,独一的區別在于前者的膜殼壁比後者的膜殼壁相對要厚(顯微鏡下透光性更差)。本次研究發現,産自劉老碑組同一層位的Leiosphaeridia jacuticaLeiosphaeridia tenuissima,它們的拉曼光譜多個參數均存在差異性,表明這兩種化石確實很可能源自兩種不同的微體生物。

              此項研究獲得了國家自然科學基金委、中科院、國家重點研發計劃、現代古生物學和地層學國家重點實驗室、江蘇省自然科學基金等相關項目的聯合資助。

              論文相關信息:Pang, K.#*, Tang, Q.#, Wu, C., Li, G., Chen, L., Wan, B., Yuan, X., Bodnar, R.J., Xiao, S.* Raman Spectroscopy and structural heterogeneity of carbonaceous material in Proterozoic organic-walled microfossils in the North China Craton. Precambrian Research, 2020, 346: 105818. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.105818.

              華北地台元古代有機質壁微體化石拉曼光譜研究新進展

              汝陽群北大尖組(BDJ開頭的編號)和淮南群劉老碑組(LLB開頭的編號)有機質壁微體化石的代表性拉曼光譜

              有机物拉曼光谱参数R1 ratio和FWHM-D1随不同变质程度的演化特征

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