基于化石和现代轮藻纲构建的奇迹塔里木轮藻复原图。刘茜/绘

■本报见习记者 李媛

近日，《自然-植物》在线发表了西北大学地质学系副教授刘丽静团队的重大研究成果。该团队在中国塔里木盆地和鄂尔多斯盆地的奥陶纪海相地层中，发现了距今约4.5亿年的轮藻门化石，这是目前全球已知最古老的轮藻化石记录。

这一发现将轮藻门化石的地质记录从晚志留世提前到晚奥陶世，将其起源时间向前推进了约2800万年，为“陆地植物起源于奥陶纪轮藻门”的推论提供了关键性化石证据。

填补关键化石空白

陆地植物（又称有胚植物）的起源影响了地球生物圈、岩石圈和大气圈，极大改变了地球表面环境，是地球演化历史上重要的生物演化事件。基于形态、解剖、生理和基因特征的研究认识，植物学界形成了一个共识性的假说——陆地植物起源于淡水藻类轮藻门。

最新分子钟研究认为，陆地植物在寒武纪早期至早奥陶世期间起源于轮藻门。但是，目前最早的陆地植物化石一般认为是中奥陶世达瑞威尔期出现有规则四分体结构的隐孢子，或者代表了陆地植物减数孢子先于孢子体形成。然而，目前最早的双星藻纲化石记录来自中泥盆世，而最确切、最古老的轮藻门化石记录来自晚志留世陆相地层的轮藻纲化石。因此，晚志留世之前轮藻门化石记录的缺乏，阻碍了人们对陆地植物是否在奥陶纪期间从轮藻门演化而来的认识。

该研究首次发现来自塔里木盆地晚奥陶世早期（凯迪早期）以及鄂尔多斯晚奥陶世早期（凯迪中期）的海相碳酸盐岩地层中的海生轮藻钙质叶状体化石。

令人惊讶的是，此次在塔里木盆地发现的具有轮藻纲叶状体关键特征的正模标本，化石保存状态堪称奇迹，主轴上有轮生小枝，且有节与节间的分化，节间上覆盖有纵向排列的皮层细胞，小枝也具有皮层细胞。“正因如此，我们团队把它骄傲地命名为奇迹塔里木轮藻。”刘丽静说。

此外，团队还发现了稀少的可能是覆盖藏卵器的外壳化石，它们的叶状体和现生轮藻非常接近，表明轮藻叶状体演化非常保守。同时，由于其皮层细胞更多，缺乏复杂的外壳和钙化藏卵器等特征，被认为是轮藻纲的基干类群。

根据红藻门、绿藻门、轮藻门中6个纲，以及有胚植物各门类共13个类群62个性状特征的系统发育分析，团队首次综合前人关于形态、解剖、基因的发现对其开展了系统发育分析，进一步确认了陆地植物与轮藻门的演化关系。

该发现首次表明在凯迪早期之前已经出现了从轮藻门向陆地植物演化过程中关键的形态创新，如多细胞分枝、卵式生殖等，这为陆地植物于奥陶纪起源于轮藻门的推论提供了关键化石证据。

此前，轮藻化石一直是中生代以来湖相地层划分和对比的重要依据，且现生轮藻纲一般生长在淡水或微咸水，因此，轮藻化石一般被认为是来自陆地湖泊河流相环境的。奇迹塔里木轮藻的发现改变了以上的固有认知，表明轮藻纲在晚奥陶世凯迪期之前就已经演化出来，且它们中的某些分子在晚奥陶世是可以完全适应海洋环境的。

从“偶然发现”到“重要突破”

刘丽静与奇迹塔里木轮藻的缘分起源于2010年。那时，她在中国科学院地质与地球物理研究所读博，在导师吴亚生的指导下对来自塔里木盆地和鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐中的钙质红藻、绿藻和钙化蓝细菌化石进行系统研究。工作中，她在薄片里发现了大量“串珠状”破碎化石，但因当时认知有限，未能深入研究。

2010至2013年间，刘丽静在显微镜下对来自塔里木盆地和鄂尔多斯盆地奥陶系的一万多张碳酸盐薄片进行观察和记录，将那些浩如烟海的藻类化石一 一进行系统的拍照，留下了10万张珍贵照片。这为后面与轮藻化石的“真正相遇”奠定了基础。

2019年，刘丽静成为西北大学地质学系古生物学科教师。在为研究生课程准备课件时，她偶然注意到文献里报道的中生代湖相碳酸盐轮藻茎化石，与曾经见到过的奥陶纪“环形串珠”形态化石相似。于是，刘丽静一一查看曾经拍下的照片，发现这些化石应该是“轮藻茎”的横切面。更令人兴奋的是，其中一张照片显示了该“轮藻茎”主轴的纵切面拥有节与节间的分化，节间上可见纵向排列的皮层细胞，这些特征是化石可以鉴定为轮藻的最有力证据。那一刻，她确信发现了目前已知最早的轮藻化石。

之后，刘丽静查看了鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩石照片记录，发现了少量相似的破碎“轮藻茎”化石。原来早在奥陶纪，轮藻门已经在热带浅海上广泛生长——她意识到，她发现了地球的一个重要秘密。

经过前期的积累与探索，刘丽静与美国田纳西大学教授、钙藻专家Robert Riding和中国科学院地质与地球物理研究所副研究员周锡强深入交流，经Riding推荐，国际陆地植物起源领域著名专家Charlie Wellman又对论文中存在的问题提出了建议。之后，她与来自西北大学早期生命团队及多家单位的合作者突破研究瓶颈，完成了这项跨学科的创新性研究。

该研究是由中国科学院院士、西北大学地质学系教授舒德干领衔的西北大学早期生命与环境创新研究团队继其在寒武纪动物门类起源和演化领域取得一系列高水平研究成果以来，首次在奥陶纪藻类与植物演化领域取得重要成果。

“未来，我们将继续探索早期生命演化的奥秘，为地球生命史拼图填补更多空白。”刘丽静表示。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41477-025-02003-y