貴州瓮安小不點化石,竟是6億年前動物胚胎

2020年06月15日14:55  來源:科技日報
 
原標題:小不點化石,竟是6億年前動物胚胎

  動物是如何起源的?這是長久以來困擾古生物學家和演化生物學家的重要科學問題。

  6億年前的貴州瓮安生物群中,有許多小不點化石,肉眼幾乎難以看見,其中有一類胚胎狀化石表面長有奇怪的螺旋狀線圈,這到底是一種什麼樣的生物?

  6月13日在線發表於美國《科學》雜志子刊《科學進展》上的一篇論文,揭開了瓮安旋孔虫的奧秘。中國科學院南京地質古生物研究所牽頭的國際團隊,通過高分辨率顯微CT和同步輻射顯微斷層成像技術,對這類化石的內部結構進行了研究,最終破解了其身世之謎。

  不足毫米大的化石長著螺旋線圈

  瓮安生物群位於貴州瓮安埃迪卡拉系陡山沱組含磷地層,通過磷酸鹽化方式,6億年前的化石得以完整地保存下來。

  這些化石被稱為動物世界的黎明,科學家認為它們是已知地球最古老的生物。其中有大量毫米級的小不點化石,關於它們的身份,長期以來學界有各種假說,但均沒有足夠的証據証實。

  2006年,科研人員在瓮安生物群發現有一類胚胎狀化石,其表面上長有奇怪的螺旋狀線圈,於是將其命名為瓮安旋孔虫。瓮安旋孔虫呈球形,發育了類似常見的瓮安胚胎狀化石大積球類帶裝飾的囊包,囊包上還發育了一條從一極延伸至另一極的螺旋狀線圈。

  有人認為它們是刺胞動物原腸胚、八臂仙母虫的胚胎、綠藻、動物單細胞近親等。也有學者認為它們是獨立的物種,是單細胞的有孔虫。

  中國科學院南京地質古生物研究所研究員殷宗軍告訴科技日報記者,瓮安生物群中胚胎狀化石還有大積球、旋胞類、籠脊球等好幾種,均發育了相似的帶裝飾的囊包。

  2019年11月,中科院南京地質古生物研究所曾經發布論文稱,在瓮安生物群找到了距今6.1億年的籠脊球化石,為揭開動物起源之謎提供了重要線索。專家打比方說,把地球上出現的第一個動物比喻成“雞”,如果存在著復雜胚胎發育機制的“蛋”,那麼籠脊球化石就是那個“蛋”。

  小不點化石能否揭開動物起源之謎

  長久以來,由於最早的動物化石記錄難覓蹤跡,動物起源領域一直是演化發育生物學的理論研究佔據主導地位,直到埃迪卡拉紀瓮安生物群中發現了大量動物胚胎狀化石后,這一局面才開始發生變化。

  過去,瓮安生物群中胚胎狀化石的生物學屬性一直充滿爭議,但近幾年的研究進展對這些化石的認識逐漸趨向了一致:它們當中一些類群可能代表了最早的動物(包括干群動物),而另一些可能代表了動物的單細胞近親。

  盡管很難確認哪些是動物,哪些是動物單細胞近親,但將這些胚胎狀化石放置在動物總界范圍內是沒有爭議的。因此,這些在細胞層級上保存了不同發育階段的標本,使得古生物學家通過化石記錄檢驗演化發育生物學家提出的動物起源模型成為可能。

  殷宗軍告訴記者,想要知道動物如何起源有兩種途徑:一種是演化發育生物學理論推測,即從分子的層面對比動物及其單細胞近親的發育過程,在分子生物學構建的動物總界時間樹(動物總界包括所有后生動物及其單細胞近親)的基礎上,推測動物祖先的生物學特征,並重建這些特征的系統發生過程,估算其出現的時間﹔而另一途徑則是古生物學實証研究,即通過追溯最早的動物及其近親的化石記錄,重建動物起源的過程並卡定動物起源時間的上限。

  當前,瓮安生物群中動物總界類群的演化發育生物學方面的研究工作才剛剛起步,其中仍有大量系統分類位置不明的疑難化石,其中有一些疑難化石和動物胚胎狀化石外觀非常類似——瓮安旋孔虫就是其中一個典型。

  瓮安旋孔虫究竟是什麼

  瓮安旋孔虫的生物學屬性之所以存在較大爭議,主要原因是其內部生物學結構不清楚。

  為此,中科院南京地質古生物研究所早期生命研究團隊的殷宗軍研究員、朱茂炎研究員和中國地質科學院地質研究所劉鵬舉研究員以及英國布裡斯托大學教授菲利普·多諾格等合作,採用高分辨率顯微CT和同步輻射顯微斷層成像技術,掃描了300多個瓮安旋孔虫化石標本,最終找到十幾個保存了精美內部生物學結構的化石。

  研究人員發現,瓮安旋孔虫和大積球以及旋胞類一樣,具有類似的發育過程,即從單細胞期通過不增長的細胞分裂一直發育到成千上萬細胞階段。這一發育過程表明瓮安旋孔虫不可能是單細胞的有孔虫,也不是大積球或者旋胞類的早期或者晚期發育階段。故前人根據它們與大積球和旋胞類的相似而提出的各種假說均不成立。

  因此,殷宗軍認為旋孔虫屬於動物總界的一員。而旋孔虫的發育過程也為理解動物起源提供了重要線索。

  殷宗軍表示,瓮安生物群中胚胎狀化石包均發育了相似的帶裝飾的囊包,這一特征是趨同演化的結果。由於埃迪卡拉紀早期海洋環境較為嚴苛,氧化還原狀態不穩定,因此幾乎所有的胚胎狀化石都發育了相似的厚壁囊包以保護自身。

  但這種類似的囊包結構掩蓋了瓮安生物群的生物多樣性,意味著瓮安生物群中可能還有更多屬於動物總界的化石類群未被發現,未來應該有更大的潛力值得挖掘。(張 曄)

(責編:羅彬月、陳康清)

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