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最早的“蛋”其實不是“蛋”

  • 發佈時間:2014-10-12 10:29:40  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  地球上最早的“蛋”——也就是“胚胎”化石,上世紀末有科學家發表論文稱在貴州甕安生物群中發現了其蹤影。

  但是,關於這些化石的爭論從來都沒有停止過。它們到底屬於何種動物的胚胎?它們到底屬於動物還是藻類?

  9月25日,來自中科院南京地質古生物所的博士生陳雷和龐科向記者展示,十多年來被稱之為地球最早的胚胎化石,實際上是一種具有細胞分化的多細胞真核生物。它們有可能是一種幹群動物,或者某種多細胞真核藻類。而幹群動物是動物“祖先的祖先”。

  這個全新的發現使人們對多細胞生物早期演化的真相又近了一步,理所當然地被國際權威刊物《自然》採用並於當日線上發表。

  為啥最早的“蛋”飽受爭議

  要了解最早的“蛋”,一切還得從甕安生物群説起。

  上世紀70年代中期,中國的科學家們在貴州甕安的岩石中發現了埃迪卡拉紀陡山沱組生物群(注:埃迪卡拉紀是一個地質年代,一般指620—542百萬年前;陡山沱組則是一種以組為岩石地層單位的地層結構)。這是全球已知的最古老的多細胞動物化石。

  甕安生物群是全世界科學家研究多細胞真核生物早期演化的一個重要窗口,其化石以磷酸鹽化的形式保存了精美的細胞結構。

  1998年,有科學家在《自然》雜誌上發文,稱在甕安生物群中發現一類球狀化石,它們呈等體積細胞分裂,也就是一分二、二分四,而細胞總體積不變,單個細胞體積呈指數遞減,論文將其解釋成動物胚胎。

  如果這些動物胚胎化石證據確鑿,那麼它們不僅為我們提供了最古老動物化石證據,也為揭示早期動物起源模式提供了新思路。

  然而,藻類等多種類群的生物也具有類似的特徵,甚至有學者認為它們屬於原生動物,如中生粘菌蟲或硫細菌。因此該假説一直備受爭議。

  自此以後,這些被稱為最早的胚胎化石,一方面備受學界關注和爭議,一方面又在國外學者甚至教科書中廣泛流行。

  想要打破這種飽受質疑的假説,必須找到更有説服力的化石。由於以前報道的化石結構簡單,只有類似胚胎發育早期的序列。找到發育後期的具有更多特徵的化石,才是判定其究竟屬於動物胚胎還是其他類型生物的關鍵。

  用“土辦法”找到新證據

  “從顏色上看,甕安的磷塊岩有黑色和灰色之分。在以往的研究中,大家都把灰色磷塊岩作為主要研究對象。”陳雷説:“但是,我們另辟蹊徑,選取了以前容易被人們忽視的黑色硅質磷塊岩為研究對象。”

  “這種岩石之所以是黑色,是因為含有硅質的原因。因此,相比灰色磷塊岩,它是有機的,細節也保存的更完好精美。”陳雷的導師袁訓來介紹。

  在過去的二十年裏,中外學者都採用酸蝕法從灰色磷塊岩中分離得到化石,這種方法的好處是化石呈三維立體,直觀易辨識,而且保存精美。

  但是,除了好看一些以外,科學家們並沒有從中得到更多有價值的發現。

  “為什麼不換一個思路呢?”陳雷説,他們想到了用最“古老”的土辦法——研磨。通過把岩石研磨成30—50微米的薄片,之前還像個煤塊一樣的黑色硅質磷塊此刻已薄如蟬翼,陳雷等總共研磨製作了1000余片的薄片,每片上都有上百個化石。

  在顯微鏡下觀察,他們不僅發現了具有以前所報道的等體積細胞分裂特徵的化石,還發現了其他一些具有細胞分化特點的化石。這些化石具有奇特的分化特點——內部細胞在分裂到數百個之後,出現了營養細胞和繁殖細胞的分化。並且繁殖細胞包裹在一個囊殼內,一直進行細胞分裂和生長,細胞數可達到了數百數千個,形成“繁殖體“,在圖片上呈現出深色的一團。其他細胞則被稱為營養細胞。隨著繁殖體的增大,由於生物總體積是不變的,營養細胞就會犧牲自己為繁殖體騰出生長空間,發生程式性的死亡。

  “胚胎發育過程中不可能出現一部分細胞死亡的現象,這就基本推翻了之前胚胎化石的假説。”袁訓來説:“它也不同於河蚌,水母等冠群動物,這是一種非常奇特的生物,從沒有見過的生物。”

  為寒武紀生命大爆發提供生物基礎

  這是一個令人激動的全新發現。可以推斷,這種6億年前的生物確切地屬於有細胞分化的多細胞真核生物。

  它有可能是一種幹群動物,或者某種多細胞真核藻類。而幹群動物是動物“祖先的祖先”,因此,這個發現使人們對多細胞生物早期演化的真相又近了一步。

  “不論它是哪一種生物,它所具備的特徵都為後來的寒武紀生命大爆發提供了很好的生物基礎。”袁訓來説。

  陳雷説,目前所觀察到的只是這種多細胞真核生物的成熟期,至於它們如何再分化成一個個新生命體的,還需要更多的材料和證據。

  這就好比是科學家們目前只發現了蛋孵化成小雞,但是小雞如何長大,長大後又如何再下蛋過程並不知道。

  關於這類化石的研究還遠未停止,未來的研究需要更多的證據才能做出更為明確的解釋。

  “我們還需要繼續觀察更多的化石,發現它們一個完整的生命輪迴過程,才能判斷它們究竟是幹群動物還是藻類,如果運氣好或許會很快。”陳雷説。

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