脂类单体碳同位素在湖沼古环境和古生态重建中的研究进展

地质载体中保存的脂类来源于生物细胞膜、叶片蜡质层等,能够指示特定的生物分类学类群或微生物功能群,也能够记录生物生长或早期成岩过程中的生态环境信息,已经成为第四纪古环境和古生态研究的重要手段。除了化合物含量和分子组成,脂类的碳同位素组成也蕴含着重要的生态或环境信息。对于光能自养生物,这些信息来自光合作用和脂类的生物合成过程;对于异养生物,信息则来自摄食的底物和脂类的生物合成过程。总结了近些年来湖沼沉积中脂类单体碳同位素的研究进展,从长链正构烷烃、脂肪酸、陆源五环三萜等高等植物脂类和磷脂脂肪酸、藿类、四醚膜脂等微生物脂类等2个领域进行了系统阐述。在今后的发展中,需要重视实验技术,开发适合小样品量的分析方法,建立直接测试藿类和四醚类等分子量相对大的脂类碳同位素组成的新技术,加强单体放射性碳同位素的应用;可以考虑多种脂类碳同位素的联合、同一脂类单体碳同位素和单体氢同位素的联合;建议加强脂类单体碳同位素在生物地球化学过程,特别是微生物地球化学过程对过去全球变化的响应研究。     

古环境DNA与环境考古

古环境DNA(ancient environmental DNA,简称ancient eDNA)指保存于古环境样品中的生物古DNA(ancient DNA,简称aDNA).与直接从古代生物遗存内获取的单一物种古DNA不同,古环境DNA为多种生物的混合DNA,常常以小片段DNA分子形式吸附在腐殖质和矿物颗粒上,主要从粪化石、牙结石、肠道残留物、冰川、冻土、泥炭、湖泊、海洋、洞穴和遗址沉积物等环境样品中获得.古环境DNA研究自1998年开始兴起,经历了早期的DNA条形码(DNA barcoding)古代物种鉴定,到DNA宏条形码(DNA metabarcoding)古代生物类群恢复,再到近期的鸟枪法宏基因组(shotgun metagenomic)古生态系统重建等发展历程,目前已形成了完善的研究体系,可以完成对古环境样品中大部分动物、植物和微生物物种的检测.相比于传统的动植物化石形态鉴定手段,古环境DNA研究具有样品用量少、方法简单快捷、不依赖于化石、一次实验可以确定大量物种信息等优势.目前,国际上的古环境DNA研究在古生态环境重建、古代农业发展、古代人类食性、人类扩散历史和人类活动对环境影响等环境考古领域的应用都取得了良好的进展并发表了大量成果,但国内相关研究还少有报道.本文综述了古环境DNA技术的发展、研究方法、应用方向及存在的问题等内容,认为随着古环境DNA研究技术的日趋完善,其在环境考古学中的应用前景也将更加广阔.     

泥炭分子化石单体碳氢同位素的古气候意义

为了查明泥炭分子化石记录的古植被状况与古植物学分析结果的差异，并进一步探讨这些分子化石所记录的古气候信息，本文利用气相色谱仪(CC)、气相色谱—质谱联用仪(GC—MS)、气相色谱—燃烧-同位素比质谱仪(GC-C-IRMS)、气相色谱-热转换—同位素比质谱仪(CC—TC—IRMS)详细分析了一个40cm(约220年)长的泥炭岩芯中的分子化石及其单体碳、氢同位素组成。正构烷烃分子化石的主峰化合物(C23)及其碳、氢同位素组成与温度有很好的对应关系，工业革命以来化石燃料的燃烧效应也在单体碳同位素上反映出来。这些结果反映了泥炭分子化石具有很好的古气候和古环境意义。     

古海洋研究中的地球化学新指标

有机地球化学与微量元素地球化学古环境指标及其相关的同位素指标已成为追溯古全球变化与古海洋生物地球化学演化的有力工具。从古环境替代指标的示踪原理和应用的角度，综述了有孔虫碳同位素、有机地球化学整体指标、生物标志化合物、单体有机分子同位素、微量元素等在古海洋古环境研究中的应用及相关的研究动态与进展。指出古海洋研究正从以恢复古海洋的物理参数（温度、盐度、古洋流等）为主，向着揭示古水团演化、古生产力、古营养状况、碳贮库及碳循环等古生物地球化学演化过程方向纵深发展。     

寒区环境中的古DNA分子

寒区埋藏环境常年处于负温条件下,土壤冻结或冰的形成过程产生封闭作用,可以隔离造成埋藏生物遗体同DNA氧化分解的氧气之间的接触.由于液态水含量极大地减少和冰胶结作用,使得主要依赖于液态水而发生的生物大分子的化学分解以及生物降解反应作用减慢,有机体没有成岩过程中降解以及水解作用,从而使古DNA分子可以得到较好的保存.目前绝大多数关于古DNA研究的重要成果所使用生物材料均来自寒区环境,最为引人注目的有关猛犸象、棕熊和企鹅化石古DNA的研究.这些研究分别从个体、种群和同一种群在不同时间尺度上描绘了它们与现代生物种之间的亲缘关系、过去发生的生物迁移和空间隔离以及特定生物分子水平上的时间演化.从目前来看,大量的生物标本很好地保存在那里,以至于单一考贝基因都可以获得,因此是获取古DNA并获得相应遗传信息的理想地区.     

中国东部海岸带现代有孔虫碳同位素及其古环境意义

在第四纪海陆过渡相环境研究中,有没有能够确定古盐度的定量标志?本文作者针对中国东部第四纪海陆过渡相地层中常见的两种有孔虫Ammonia beccarii(Linne)vars.和Protelphidium glabrum(Ho, Hu et K. Wang)进行现代样品的碳同位素分析。在现代样品研究的基础上,确定了碳同位素与盐度存在线性关系,运用这一结果于第四纪几个钻孔样,并综合有孔虫化石群其他特征,推导古环境特点。     

沉积物中古DNA在古生态、古环境和古气候研究中的应用

随着分子生物学技术的发展,DNA技术的应用逐渐从生物学研究拓展到进化、环境和气候变化等研究领域。因为DNA容易受到水解、氧化、紫外辐射、酶解等过程的破坏,所以人们认为DNA很容易降解,保存时间不长,但是近年来的研究成果显示,古生物和古人类的化石或骨骼、冻土、湖泊海洋沉积物等样品中包含已保存数千年甚至长达数百万年以来的古DNA。古DNA作为重要的信息载体,可以诠释人类、动植物和微生物进化和迁移过程及它们对环境和气候变化的响应。反过来,古DNA在古环境、古气候重建方面也起着重要作用,沉积物样品的古DNA往往保存了历史时期的水体和水体周围环境以及气候变化等信息。通过对沉积物中古DNA的研究,可以获得历史时期的水生生物(包括藻类、水生动植物等)的群落演化,和水体周围岸基生活的动植物群落(植物落叶、动物毛发冲带到水体并沉积下来)演替,进而反演水体和水体周围气候环境以及气候变化信息。通过研究古人类和动物化石中保存的DNA,可以探讨人类的迁徙和进化过程,溯源家畜的驯化历史。本文将介绍环境古DNA的保存和可靠性评价,重点探讨古DNA在古生态以及古环境、古气候重建研究中的优势及应用,并展望古DNA在生物进化和环境研究等领域的应用前景。     

中国东部海岸带现代有孔虫碳同位素及其古环境意义

在第四纪海陆过渡相环境研究中,有没有能够确定古盐度的定量标志?本文作者针对中国东部第四纪海陆过渡相地层中常见的两种有孔虫Ammonia beccarii(Linne)vars.和Protelphidium glabrum(Ho, Hu et K. Wang)进行现代样品的碳同位素分析。在现代样品研究的基础上,确定了碳同位素与盐度存在线性关系,运用这一结果于第四纪几个钻孔样,并综合有孔虫化石群其他特征,推导古环境特点。     

腕足壳体与碳酸盐岩全岩中碳、氧、锶同位素差异

利用碳酸盐岩中的地球化学信息反演是研究地质历史时期古环境、古气候变化的一种常用手段.上世纪八十年代前,学术界一直将碳酸盐岩全岩样品作为研究对象.近年来,腕足化石壳体引起了科学家的注意,认为相比碳酸盐岩全岩样品,腕足壳体能更为完好地保存原始的地球化学信息.研究通过对比四川龙门山泥盆纪腕足化石和碳酸盐岩全岩样品中碳、氧、锶同位素(黄思静、卢长武等人数据),发现腕足化石中氧同位素明显高于碳酸盐岩全岩;但碳、锶同位素基本一致.上述结果表明:相比腕足化石,碳酸盐岩全岩样品蕴含的地球化学信息虽有所差异,但在大多数情况下,尤其是缺乏腕足化石的时期,碳酸盐岩全岩蕴含的地球化学信息照样可以反演地质历史时期的古环境变化,尤其是碳、锶同位素.     

沈北煤田煤中琥珀的植物来源和稳定同位素的古环境意义

琥珀是由古代植物代谢产生的树脂聚合物形成的化石。琥珀中的有机质保存环境稳定、封闭,能很好地记载其形成时期的古植物和古环境等信息。本次研究运用气象色谱质谱联用仪（GC-MS）和元素分析稳定同位素质谱仪（EA-IRMS）等测试方法,研究了沈北煤田煤中琥珀的有机地球化学组成、稳定同位素和化合物单体碳同位素特征。结果表明,琥珀中的饱和烃以二萜化合物为主（占73.45%）,芳香烃以松香烷型化合物为主（56.17%）;高含量的贝壳杉烷、雪松烷、扁枝烷和松香烷型化合物指示琥珀来源于松柏类植物,且以柏科植物为主。沈北琥珀的δ13C值为-22.8‰ ~ -21.2‰,与同时期其他地区琥珀的δ13C值相似;氢同位素变化范围较小（-297.2‰ ~ -276.0‰）,氧同位素值为17.4‰ ~ 31.6‰。琥珀的稳定同位素组成（碳、氢和氧）进一步证明琥珀来源于裸子植物。琥珀的δ13C值主要与其形成时的全球气温变化和大气组成有关。沈北琥珀的氢和氧同位素组成主要受植物种类（松柏类）以及植物生长的局部气温和降水条件有关。琥珀稳定碳同位素有望成为研究古气候和古大气组成的良好载体,琥珀的氢和氧同位素可以反映形成时期的古环境条件,但仍需进一步深入研究。     

地质体中主要生物分子的研究方法及应用

现代分子生物学,生物化学及有机地球化学等领域的发展,为古生物研究者在发子水平上探索地质生物世界提供了新的概念和技术手段,本文着重讨论了可用于分子古生物学研究的生物分子,例如,维管植物的木质素等稳定生物聚合物,古生物细胞内的类脂化合物,碳水化合物,蛋白质及氨基酸和含遗传信息的核酸,分子古生物资料可用于探讨化石埋藏学,古生物分子系统学,生物演化模式与机制,分子演化速率,古生态环境再造等问题,本文较详细     

Ancient dna from pleistocene fossils: Preservation, recovery, and utility of ancient genetic information for quaternary research

Until recently, recovery and analysis of genetic information encoded in ancient DNA sequences from Pleistocene fossils were impossible. Recent advances in molecular biology offered technical tools to obtain ancient DNA sequences from well-preserved Quaternary fossils and opened the possibilities to directly study genetic changes in fossil species to address various biological and paleontological questions. Ancient DNA studies involving Pleistocene fossil material and ancient DNA degradation and preservation in Quaternary deposits are reviewed. The molecular technology applied to isolate, amplify, and sequence ancient DNA is also presented. Authentication of ancient DNA sequences and technical problems associated with modern and ancient DNA contamination are discussed. As illustrated in recent studies on ancient DNA from proboscideans, it is apparent that fossil DNA sequence data can shed light on many aspects of Quaternary research such as systematics and phylogeny. conservation biology, evolutionary theory, molecular taphonomy, and forensic sciences. Improvement of molecular techniques and a better understanding of DNA degradation during fossilization are likely to build on current strengths and to overcome existing problems, making fossil DNA data a unique source of information for Quaternary scientists.     

用于构建生物系统发育树的古DNA序列

主要综述了古 DNA研究进展以及结合古 DNA序列和基因库中的数据构建系统发育树。这些研究能解决许多有关演化生物学、考古学、人类演化及迁移、动植物的家养和驯化过程及早期农业的发展、考古点的动植物残骸的精确鉴定及地质演化等问题。另外 ,还列举了一些重要的实例     

Andrei Sher and Quaternary science

Andrei Sher (1939–2008) was a key individual in Beringian studies who made substantial and original contributions, but also, importantly, built bridges between western and eastern Beringian scientists spanning some five decades of research. He is perhaps best known as a Quaternary palaeontologist, specializing in large mammals, and mammoths in particular, but his field of his scientific research was much broader, encompassing Quaternary geology, stratigraphy, geocryology, and paleoenvironmental reconstructions. He worked mainly in Siberia, in the Kolyma and Indigirka lowlands, and Chukotka, but also completed fieldwork in Alaska and Yukon through joint projects with American and Canadian scientists. Andrei was an active scientist until the last days of his life. He was involved in many different research projects ranging from mammoth evolution, fossil insects and environmental changes and ancient DNA. Without Andrei’s connections between researchers, many unique discoveries would likely be unknown.     

湖泊沉积物年纹层的研究方法及其意义

文章总结了前人对湖泊沉积物年纹层类型的划分,并根据年纹层的形成过程和组分特征分为3个大类,即碎屑年纹层、生物成因年纹层(如硅藻年纹层等)和化学成因年纹层(如方解石年纹层、菱铁矿年纹层、黄铁矿年纹层、蒸发盐年纹层等)。介绍了目前应用于湖泊沉积物年纹层研究的主要方法和技术包括:1)新鲜沉积物表面照相、X射线照相技术;2)光学显微镜观察;3)数字化图像分析;4)扫描电子显微镜技术等。而岩相学大薄片是目前年纹层研究工作中应用非常广泛的材料,对目前制作大薄片比较普遍采用的快速冷冻-冷冻干燥和水-丙酮-环氧树脂交换这两种方法进行了介绍并比较了各自的优劣。湖泊沉积物年纹层研究的古环境意义主要体现在两个方面,一是提供了高精度的纹层年代学时间标尺,在诸如气候突变事件的时限、大气¹⁴C浓度变化、火山灰层定年、古地磁场长期变化主曲线重建等方面有重要意义;二是年纹层性质研究如年纹层厚度和年纹层微相变化本身所蕴藏的高分辨率古气候环境变化信息,在太阳活动周期、ENSO等气候事件的研究中也有重要意义。最后,文章简单介绍了我国东北龙岗火山区四海龙湾玛珥湖沉积物中年纹层的特征并展望了其研究潜力。     

Local Holocene environmental indicators in Upper Mesopotamia: Pedogenic carbonate record vs. archaeobotanical data and archaeoclimatological models

It has been suggested that pedogenic carbonate coatings on stones in archaeological sites can be used to reconstruct late Quaternary environmental changes in the area of the Fertile Crescent. This research compares a pedogenic carbonate record from southeastern Turkey with three other local or regional sources of palaeoenvironmental information in order to evaluate the correlation of this new proxy with other independent data from the area: (1) ancient plant macroremains from archaeological sites as ecological indicators, (2) stable carbon isotope composition of ancient plant macroremains available in the literature and from our own investigations in six mid-Holocene archaeological sites, and (3) modelled Holocene precipitation and temperature changes in the northern Fertile Crescent. Comparison involved selected palynological and isotopic data from lacustrine sediments as well as speleothem isotopic records in Near Eastern locations available in the literature. Although the data show a certain amount of variation of proxy records on the regional scale, for the northern Fertile Crescent (Upper Mesopotamia) they suggest three pronounced features of the Holocene environmental history: (1) a trend toward warmer temperatures may have affected the area during the early Holocene (between ca. 10,000–6000 cal BP), (2) increased moisture availability and relatively high temperatures in the mid-Holocene (ca. between 5000 and 4000 cal BP), and (3) a significant decrease in moisture availability around 4000 cal BP.Further research is needed to enhance the chronological resolution of both pedogenic carbonate and plant macrofossil records. This study stresses the complexity of the Holocene palaeogeography of the Near East and underlines the need for careful analysis of local sources of palaeonvironmental information in the region.     

The Ancient Rural Settlement Structure in the Hinterland of Pompeii Inferred from Spatial Analysis and Predictive Modeling of Villae Rusticae

Pompeii, buried by the explosive A.D. 79 eruption of Somma‐Vesuvius, is one of the most studied ancient cities in the Roman world. However, until very recently, the rural settlement in its hinterland had been largely ignored by systematic archaeological research. The ancient landscape around Pompeii consisted of a dense network of Roman farms (villae rusticae). They are believed to have played a vital role in ancient rural life and economy and thus represented the interactive rural–urban relationship in the Sarno River plain. The systematic investigation of published work combined with new fieldwork has yielded a data set of 140 villae rusticae in the Sarno River plain. Geographic information system based spatial statistics as well as predictive modeling were applied to gain a more detailed understanding of the ancient rural settlement structure in relation to the underlying paleoenvironmental and socioeconomic conditions. A high‐resolution pre‐A.D. 79 paleolandscape model of the Sarno River plain was utilized. The aim of this paper is to address theoretical considerations, the methodological implementation, and the archaeological discussion of the analysis of the ancient rural settlements and agriculture around Pompeii.     

第四纪环境重建的良好代用指标——有壳变形虫记录与古生态学研究进展

有壳变形虫是一类广泛分布在淡水潮湿环境中的根足纲原生动物,具有较窄的生态幅、较短的生命周期,对环境变化敏感等特点,因此沉积物中保存的有壳变形虫化石可以提供高分辨率的环境信息。有壳变形虫化石在古湖泊学与人类活动、古水文、古温度、第四纪海平面变化的定量重建等方面具有独特而重要的研究价值。在欧洲和北美开展的大量研究已证实有壳变形虫是古环境变化的有效指示器。我国地域辽阔,生境多样,无论是开展现代有壳变形虫的生态学研究,还是沉积物中有壳变形虫记录的古环境重建,都有巨大的研究潜力。     

昆仑山口第四纪化石组合的生态环境分析及其对昆仑山隆升的意义

最近从昆仑山口地区的羌塘组、三岔河组及格尔木河阶地采集了一些第四纪生物化石样品，这些生物化石包括一些哺乳类动物的牙齿、昆虫类、植物苇、藁类茎干化石以及大量双壳类和腹足类化石．化石生态组合的比较研究和埋藏学研究提供了有意义的沉积环境变迁的古气候的信息，据此推断昆仑山在上新世－早更新世的海拔高度估计在７００～１５００ｍ；早、中更新世之交昆仑山迅速地大幅度抬升至３０００～３５００ｍ左右，此后昆仑山相对缓慢地持续上升至目前高度     

当前第四纪研究的进展和任务——ⅩⅢ届INQUA大会报告集锦第一部分全球环境变化INQUA对全球变化研究的贡献:研究现状

过去五年间,INQUA成员对参加全球变化研究的呼吁做出了积极的响应。全球变化研究旨在理解地球岩石圈与生物圈相互作用的动力学过程。通过运用不同学科对全球不同地区进行研究,INQUA目前正成为IGBP计划的主要参与者,因为不同学科间的交叉有助于我们完整地理解第四纪时期全球水分平衡、气候波动、大气成分、大洋环流和生物过程间的相互关系。