科学家发现6.1亿年前的笼脊球化石 揭示动物起源之谜

科学家发现6.1亿年前的笼脊球化石 揭示动物起源之谜
2019年11月29日 09:45 扬子晚报
这是笼脊球化石,a和b是裸露的标本,囊包已丢失,c和d是保存了囊包的标本,e和f是a和b的局部放大,显示细胞结构细节。  这是笼脊球化石,a和b是裸露的标本,囊包已丢失,c和d是保存了囊包的标本,e和f是a和b的局部放大,显示细胞结构细节。

  作为动物界的成员,人们对动物究竟是何时并如何起源的抱有天然的好奇心,但直到今天,这仍然是演化生物学领域悬而未决的重大科学难题。最近中科院南京地质古生物研究所的专家在我国贵州瓮安生物群——一个距今6.1亿年的特异埋藏化石库中找到了一类名叫“笼脊球”的化石,记录了动物从单细胞祖先向多细胞祖先演化的关键一步,这一步为真正有细胞和组织分化的动物的出现奠定了生物学基础。打个比方,如果将动物比喻成“鸡”,那么“蛋”存在着一个复杂的胚胎发育机制,这个研究揭示,这个“蛋”早在6.1亿年前就出现了,比“鸡”——动物大量出现早了4千多万年。

  扬子晚报/紫牛新闻记者 于丹丹

  疑问:动物单细胞是何时演化成多细胞的?

  现代动物界包括三十多个动物门类,已有研究表明,它们拥有一个距今大约7亿多年的共同祖先。这一共同祖先由多细胞组成,而且细胞有功能分化,它是由更古老的单细胞祖先演化而来。

  然而困扰科学家的是,动物单细胞祖先是何时以及如何演化成多细胞祖先的呢?这个问题如同“先有蛋还是先有鸡”,一直没有确凿的答案。

  记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,该所殷宗军副研究员和朱茂炎研究员,与英国布里斯托大学、瑞典自然历史博物馆以及瑞士光源的同行合作,发现的“笼脊球”化石,记录了动物从单细胞祖先向多细胞祖先演化的关键一步,这一步为真正有细胞和组织分化的动物的出现奠定了生物学基础。相关研究成果于2019年11月27日在线发表在《细胞》集团子刊《当代生物学》(Current Biology)上。

  发现:贵州笼脊球化石,终于引起了专家的注意

  要了解最早的“蛋”,一切还得从瓮安生物群说起。在贵州中部的黔南布依族苗族自治州,有个叫瓮安的小城,这里以丰富的磷矿资源著称,被誉为“亚洲磷仓”。

  从20世纪80年代起,越来越多的人来到这里开采磷矿。在开采过程中,不少稀奇古怪的化石被接连挖掘出来。这吸引了古生物学家的注意。1998年,古生物学家在瓮安的埃迪卡拉纪地层中陆续发现了一批独特的动物成体及胚胎化石,瓮安生物群开始扬名国际。瓮安生物群是全世界科学家研究多细胞真核生物早期演化的一个重要窗口,其化石以磷酸盐化的形式保存了精美的细胞结构。

  最早2000年,这样的显微镜下看上去像鸟笼的化石,就被命名了,但是因为形态怪异,且大部分笼脊球化石的细胞结构并没有保存的很好,所以起先并不为人所注意。

  中科院南京地质古生物研究所副研究员殷宗军告诉记者,这些化石的标本是2007年采集的,当时没有更先进的设备。不过在十几年间,有心的研究人员一直在默默积累,大概有几百个化石标本,“其中有很多标本细胞学机构保存的很好,外包膜也很完整”,殷宗军说,2015年开始,研究人员采用最先进的超高分辨率同步辐射三维无损成像技术,像医生给患者做CT扫描一样,重构了数百个笼脊球标本的立体结构。

  研究:动物胚胎发育机制,比动物化石大量出现早几千万年

  记者现场看到的笼脊球,并不是我们想象中的“球”,它的直径不到1毫米,好像一粒沙,但是在显微镜下,能看出它圆滚滚的球状形状。

  而吸引科学家注意的,是笼脊球精美的多细胞结构。“外面是一个完整的囊包,有两层包膜,内层膜较薄,外层膜较厚,里面是一个多细胞体。”殷宗军说,研究发现它们在一个充满母源营养物质的厚壁囊包中发育,不同标本代表了不同的发育阶段。他们从中空的笼状逐渐发育成实心球。

  重建的发育序列显示,其发育过程非常类似动物的单细胞近亲,但比动物的单细胞近亲更为复杂的是,它们在胚胎发育过程中出现了有规律的细胞迁移和重组,这些细胞行为和动物原肠胚的细胞迁移重组行为非常类似,表明动物胚胎特有的发育机制在动物化石记录大量出现之前至少4千多万年就已经准备好了。

  观点:孵化出动物的这只“蛋”,在6.1亿年前就出现了

  “它可能是一种已经灭绝的生命形式,记录了动物从单细胞祖先向多细胞祖先演化的关键一步。”殷宗军说,所有的动物都是一个单一类群,是由一个祖先演化出不同的门类,如果把动物比喻成“鸡”,那这只鸡是怎么来的,是由“蛋”孵化而来,这个“蛋”就是复杂的胚胎发育机制。

  而笼脊球化石的发现恰恰就表明,孵化出动物这只小鸡的“蛋”在6.1亿年前就已经出现了。

起源动物笼脊球
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