6亿年前的它,为揭开动物起源之谜提供重要线索
2020-06-13 11:22

 6亿年前的瓮安生物群中,有一类胚胎状化石表面上长有奇怪的螺旋状线圈,这到底是一种什么样的生物?长期以来学界有各种假说。近日,中国科学院南京地质古生物研究所牵头的国际团队,通过高分辨率显微CT和同步辐射显微断层成像技术,对这类胚胎状化石的内部结构进行了研究,最终破解了其身世之谜,发现它们属于动物总界的一员。相关研究于北京时间13日凌晨在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》(Science Advances)上。

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瓮安旋孔虫化石

来自6亿年前瓮安生物群的又一发现

动物是如何起源的呢?这一直是困扰古生物学家和演化生物学家的前沿科学问题。长久以来,由于最早的动物化石记录难觅踪迹,直到埃迪卡拉纪瓮安生物群中发现了大量动物胚胎状化石后这一局面才开始发生变化。

瓮安生物群主要产于我国贵州瓮安埃迪卡拉系陡山沱组含磷地层,它以磷酸盐化方式保存了这些6亿年前的化石。所以,瓮安生物群被学界视为动物世界的黎明,它的发现揭开了地球上最古老动物的神秘面纱。

2019年11月,中科院南京地质古生物研究所与国外同行合作就曾经发布最新成果,在瓮安生物群找到了距今6.1亿年的笼脊球化石,为揭开动物起源之谜提供了重要线索。专家打比方说,如果把地球上出现的第一个动物比喻成“鸡”,那究竟有没有存在着复杂胚胎发育机制的“蛋”呢?这一研究就揭示,“先有蛋”,然后“才有鸡”。

然而,对这些胚胎状化石的研究一直没有停止。中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的殷宗军研究员告诉记者,瓮安生物群中胚胎状化石的生物学属性一直充满争议。其中有一些疑难化石和动物胚胎状化石外观非常类似——此次公布成果的瓮安旋孔虫就是其中一个典型,它的表面包裹着囊包,上面长有奇怪的螺旋状线圈。

自从2006年发现标本以来,专家对瓮安旋孔虫的研究也一直没有停止过。不同的学者有不同的假说,认为它们是刺胞动物原肠胚、八臂仙母虫的胚胎、绿藻、动物单细胞近亲等。也有学者认为它们是独立的物种,认为是单细胞的有孔虫。

扫描了300多个化石标本   否定之前假说

记者在中科院南京地质古生物所发现,这些在显微镜下呈现胚胎状的化石,实际上非常“微型”,直径不到一个毫米,如同一个白色的沙粒。

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专家告诉记者,瓮安旋孔虫的生物学属性之所以存在较大争议,主要原因是其内部生物学结构不清楚。为此,中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的殷宗军研究员、朱茂炎研究员和中国地质科学院地质研究所刘鹏举研究员以及英国布里斯托大学Philip Donoghue教授等合作,采用高分辨率显微CT和同步辐射显微断层成像技术,最终找到了保存精美的内部生物学结构。

“我们扫了300多个化石标本,发现内部结构保存完好只有十几个,一一进行重构分析,前后花了三年多时间。”殷宗军告诉记者,研究人员发现,瓮安旋孔虫和大积球以及旋胞类一样,具有类似的发育过程,即从单细胞期通过不增长的细胞分裂一直发育到成千上万细胞阶段。所以之前提出的各种假说均不成立。

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细胞分裂早期的瓮安旋孔虫

图片细胞分裂晚期的瓮安旋孔虫

研究人员综合了旋孔虫的发育过程和形态结构特征,认为旋孔虫属于动物总界的一员,因此旋孔虫的发育过程也为理解动物起源提供了重要线索。

囊包是为了保护自己?更多谜底尚待揭开

在显微镜下看,这些胚胎状化石外都包裹着一层囊包。殷宗军告诉记者,这可能是趋同演化的结果。由于埃迪卡拉纪早期海洋环境较为严苛,氧化还原状态不稳定,因此几乎所有的胚胎状化石都发育了相似的厚壁囊包以保护自身。但这种类似的囊包结构掩盖了瓮安生物群的生物多样性,意味着瓮安生物群中可能还有更多属于动物总界的化石类群未被发现,未来应该有更大的潜力值得挖掘。

通讯员 盛捷  扬子晚报/紫牛新闻记者 于丹丹

编辑 : 郭凤

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