摘要：北京时间5月30日17时，《自然-植物》（Nature Plants）杂志以长文（article）形式在线刊发了西北大学地质学系刘丽静副教授等人的最新成果——《奥陶纪海洋轮藻及其对陆地植物起源的启示》，宣告了在中国塔里木和鄂尔多斯盆地发现了地球上已知最早的轮藻
北京时间5月30日17时，《自然-植物》（Nature Plants）杂志以长文（article）形式在线刊发了西北大学地质学系刘丽静副教授等人的最新成果——《奥陶纪海洋轮藻及其对陆地植物起源的启示》，宣告了在中国塔里木和鄂尔多斯盆地发现了地球上已知最早的轮藻门化石。该研究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，为陆地植物于奥陶纪起源于轮藻门的推论提供了关键的化石证据。
刘丽静为论文第一作者，西北大学为第一完成和通讯单位。中国科学院地质与地球物理研究所和美国田纳西大学为共同通讯单位。
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，极大地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：陆地植物起源于陆地淡水藻类轮藻门（广义，又称为链形藻类），其中形态与陆地植物最接近的轮藻纲(Charophyceae)，多细胞分枝藻类鞘毛纲(Coleochaetophyceae)以及形态最简单的双星藻纲(Zygnematophyceae)都曾被认为是陆地植物最近的姊妹群。
陆地植物（E，F）和它们的轮藻门姊妹群(A-D，B为轮藻纲，引用自Delwiche and Cooper, 2015）
最新的分子钟研究认为，陆地植物是在寒武纪早期——早奥陶世期间起源于轮藻门。但是，目前最早的陆地植物的化石一般认为是中奥陶世达瑞威尔期出现的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于中泥盆世，而最确切最古老的轮藻门化石记录来自晚志留世（425Ma）的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。
奇迹塔里木轮藻Tarimochara miraclensis产出地区和层位
已知最古老的轮藻门化石奇迹塔里木轮藻Tarimochara miraclensis
该研究首次发现了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）（450Ma）的海相碳酸盐岩地层中的海生轮藻钙质叶状体化石。
让人惊讶的是，此次在塔里木盆地发现的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般，主轴上有轮生小枝，且有节与节间分化，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Tarimochara miracelensis gen. et sp. nov.” 刘丽静说。
基于化石和现代轮藻纲构建的 Tarimochara miraclensis复原图（西北大学博物馆 刘茜 绘）
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的轮藻非常接近，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（苔藓植物，石松植物、蕨类植物，裸子植物，种子植物）共13个类群62个性状特征的系统发育分析，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，团队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的进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。
△轮藻纲系统发育分析显示与陆地植物具有密切的演化关系：前人基于基因序列（a），本研究基于形态、解剖、生理、关键基因有无等贝叶斯系统发育分析结果（b）
此前，轮藻化石一直是中生代以来湖相地层划分和对比重要的依据，且现生轮藻纲一般生长在淡水或微咸水，因此，轮藻化石一般也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，表明了轮藻纲在晚奥陶世凯迪期之前就已经演化出来了，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——广泛存在的、保存良好的、无搬运痕迹的、与海洋生物一起保存的。
根据化石观察构建的奇迹塔里木轮藻生态景象插图（西北大学博物馆 刘茜 绘）
奇迹塔里木轮藻化石在中国两大盆地奥陶系海相碳酸盐岩中的发现虽是意料之外，但又是情理之中——晚奥陶世碳酸盐岩中富含丰富的海洋钙质红藻和钙质绿藻化石，而轮藻也是一种叶状体可以发生强烈钙化的钙质藻类，那么在这种碱度高、碳酸钙饱和度高的水体中发现钙化的轮藻叶状体也不足为怪了。
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攻读博士研究生，在导师吴亚生的指导下对来自塔里木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”的破碎化石，并非当时常见的红藻和绿藻化石，但是，由于当时认知的局限，以及化石保存的破碎，研究没有跟进。2010-2013年间刘丽静先后对来自塔里木和鄂尔多斯奥陶系一万多张碳酸盐薄片在显微镜下进行了观察和记录，将那些浩如烟海的藻类化石都一一进行了系统的拍照，留下了十万张珍贵的照片，为后面与轮藻化石的“真正相遇”奠定了基础。
2010年9月，刘丽静在导师带领下在鄂尔多斯盆地南缘考察奥陶系生物礁
2011年5月刘丽静（右）和导师吴亚生（左）在塔里木油田看岩心，采集样品
2019年，刘丽静从一名学子成长为西北大学地质学系古生物学科的教师。一天，她在为研究生课程准备课件时，偶然注意到了文献里报道的中生代湖相碳酸盐轮藻茎化石，与曾经见到过奥陶纪“环形串珠”形态的化石相似。于是，刘丽静把曾经拍下的照片一一查看，发现了这些化石应该是“轮藻茎”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的证据。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，也发现了少量相似的破碎的“轮藻茎”的化石。原来早在奥陶纪，轮藻门已经在海洋碳酸盐台地上广泛生长着了——她意识到，她发现了地球一个重要的秘密，迟来9年的意外之喜让刘丽静如获珍宝。
2014年，Robert Riding教授来中科院地质地球所访问课题组合影
2019年初，刘丽静开启了轮藻这个崭新的研究领域。经过前期的积累与探索，刘丽静与来自美国田纳西大学的钙藻专家Robert Riding教授和中国科学院地质与地球物理研究所周锡强副研究员深入交流，轮藻的鉴定得到了他们的高度肯定和宝贵建议。经Robert推荐，国际陆地植物起源领域著名专家Charlie Wellman对论文中存在的问题给与了建议。之后与来自西北大学早期生命团队、中国科学院、南京大学、中国石油大学（北京）等单位的合作者们突破了一个又一个研究瓶颈完成了该项跨学科的创新性研究。
2024年9月在意大利参加第13届国际化石藻类研讨会
2024年9月在意大利的国际化石藻类学术研讨会上，刘丽静向国际同行介绍了该研究成果，得到了高度认可。经过严格的审稿和修改，2025年3月被Nature Plants原则性接收。
大学时期，刘丽静在太原理工大学首次接触到了古生物学，她始终认为地史时期的生物演化是最迷人的研究课题。2017年博士后出站，她来到西北大学工作，成为了院士领衔，一流学科为背景支持的早期生命与环境创新研究团队中的一员，刘丽静在西大飞速成长，2019年便在自然指数期刊EPSL上以第一作者和通讯作者发表了奥陶纪钙化蓝细菌化石指标揭示大气CO₂的重要成果。5年后，又和研究团队在藻类到陆地植物这个重要的生物演化领域留下了浓墨重彩的一笔。
在揭示轮藻门与陆地植物的演化关系中遇到瓶颈时，早期生命与环境创新研究团队韩健研究员、张志飞教授、李瑞云副教授、华洪教授以及生命科学学院郭斌老师都对该研究给予了重要的帮助，刘丽静感慨“在西大，我是老师更是学生，老师们的关注和鼓励，让我受益匪浅”。历时1年，团队建立了首个基于形态、解剖、生理、基因等综合性状的系统发育树，进一步揭示了轮藻门与陆地植物各门类之间的可能的演化关系，这一跨学科研究工作的完成，夯实了轮藻的演化生物学的意义。
与早期生命团队成员一起野外考察和学术交流
经过多年对轮藻化石研究的深挖钻研，刘丽静深刻感受到自己的科研水平、论文撰写能力以及意志力均获得了显著提升。“教学和科研是相互促进的，轮藻化石的偶然发现更是直接得益于教学活动。成为导师的这些年，我一直在和学生们共同寻找问题、解决问题、反复修改打磨论文的同时，我感到自己也在成长”她说道。
刘丽静始终认为，教学相长才能让研究更有生命力，教学中她倾注了无数的心血，同时也收获了丰硕成果。自2019年成为研究生导师以来，刘丽静共指导了7名硕博生，目前已有5名学生获得硕士学位，1人获得国家奖学金，2人在全国学术会议上获得优秀口头报告奖。西北大学地质学系“艰苦奋斗、自强不息、敢为人先、追求卓越”的优良传统在教学相长中得以传承。
刘丽静副教授与其指导的研究生们
此项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。《自然-植物》（Nature Plants）是《自然》（Nature）子刊中植物科学领域具有极高的学术价值和国际影响力的国际顶尖期刊。
记者：王波
来源：陕派教育