动物是如何来源的?这是久长以来困扰古生物学家和演变生物学家的主要科学问题。

    6亿年前的贵州瓮安生物群中,有许多小不点化石,肉眼几乎难以看见,其中有一类胚胎状化石表面长有奇异的螺旋状线圈,这到底是一种什么样的生物?

    6月13日在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》上的一篇论文,揭开了瓮安旋孔虫的奥秘。中国科学院南京地质古生物研讨所牵头的国际团队,通过高辨别率显微CT和同步辐射显微断层成像技巧,对这类化石的内部构造进行了研讨,最终破解了其身世之谜。

    不足毫米大的化石长着螺旋线圈

    瓮安生物群位于贵州瓮安埃迪卡拉系陡山沱组含磷地层,通过磷酸盐化方法,6亿年前的化石得以完全地保留下来。

    这些化石被称为动物世界的黎明,科学家以为它们是已知地球最古老的生物。其中有大批毫米级的小不点化石,关于它们的身份,长期以来学界有各种假说,但均没有足够的证据证实。

    2006年,科研人员在瓮安生物群发明有一类胚胎状化石,其表面上长有奇异的螺旋状线圈,于是将其命名为瓮安旋孔虫。瓮安旋孔虫呈球形,发育了相似常见的瓮安胚胎状化石大积球类带装潢的囊包,囊包上还发育了一条从一极延长至另一极的螺旋状线圈。

    有人以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。也有学者以为它们是独立的物种,是单细胞的有孔虫。

    中国科学院南京地质古生物研讨所研讨员殷宗军告知科技日报记者,瓮安生物群中胚胎状化石还有大积球、旋胞类、笼脊球等好几种,均发育了类似的带装潢的囊包。

    2019年11月,中科院南京地质古生物研讨所曾经宣布论文称,在瓮安生物群找到了距今6.1亿年的笼脊球化石,为揭开动物来源之谜供给了主要线索。专家打比喻说,把地球上呈现的第一个动物比方成“鸡”,如果存在着庞杂胚胎发育机制的“蛋”,那么笼脊球化石就是那个“蛋”。

    小不点化石能否揭开动物来源之谜

    久长以来,由于最早的动物化石记载难觅踪影,动物来源范畴一直是演变发育生物学的理论研讨盘踞主导位置,直到埃迪卡拉纪瓮安生物群中发明了大批动物胚胎状化石后,这一局势才开端产生变更。

    过去,瓮安生物群中胚胎状化石的生物学属性一直充斥争议,但近几年的研讨进展对这些化石的认识逐渐趋向了一致:它们当中一些类群可能代表了最早的动物(包含干群动物),而另一些可能代表了动物的单细胞近亲。

    尽管很难确认哪些是动物,哪些是动物单细胞近亲,但将这些胚胎状化石放置在动物总界范畴内是没有争议的。因此,这些在细胞层级上保留了不同发育阶段的标本,使得古生物学家通过化石记载检验演变发育生物学家提出的动物来源模型成为可能。

    殷宗军告知记者,想要知道动物如何来源有两种道路:一种是演变发育生物学理论推测,即从分子的层面对照动物及其单细胞近亲的发育进程,在分子生物学构建的动物总界时光树(动物总界包含所有后活泼物及其单细胞近亲)的基本上,推测动物祖先的生物学特点,并重建这些特点的体系产生进程,估算其呈现的时光;而另一道路则是古生物学实证研讨,即通过追溯最早的动物及其近亲的化石记载,重建动物来源的进程并卡定动物来源时光的上限。

    当前,瓮安生物群中动物总界类群的演变发育生物学方面的研讨工作才刚刚起步,其中仍有大批体系分类地位不明的疑难化石,其中有一些疑难化石和动物胚胎状化石外观非常相似——瓮安旋孔虫就是其中一个典范。

    瓮安旋孔虫毕竟是什么

    瓮安旋孔虫的生物学属性之所以存在较大争议,重要原因是其内部生物学构造不明白。

    为此,中科院南京地质古生物研讨所早期性命研讨团队的殷宗军研讨员、朱茂炎研讨员和中国地质科学院地质研讨所刘鹏举研讨员以及英国布里斯托大学教授菲利普·多诺格等合作,采取高辨别率显微CT和同步辐射显微断层成像技巧,扫描了300多个瓮安旋孔虫化石标本,最终找到十几个保留了优美内部生物学构造的化石。

    研讨人员发明,瓮安旋孔虫和大积球以及旋胞类一样,具有相似的发育进程,即从单细胞期通过不增加的细胞决裂一直发育到成千上万细胞阶段。这一发育进程表明瓮安旋孔虫不可能是单细胞的有孔虫,也不是大积球或者旋胞类的早期或者晚期发育阶段。故前人依据它们与大积球和旋胞类的类似而提出的各种假说均不成立。

    因此,殷宗军以为旋孔虫属于动物总界的一员。而旋孔虫的发育进程也为懂得动物来源供给了主要线索。

    殷宗军表现,瓮安生物群中胚胎状化石包均发育了类似的带装潢的囊包,这一特点是趋同演变的成果。由于埃迪卡拉纪早期海洋环境较为严苛,氧化还原状况不稳固,因此几乎所有的胚胎状化石都发育了类似的厚壁囊包以维护自身。

    但这种相似的囊包构造掩饰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明,未来应当有更大的潜力值得发掘。