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科技報導

貴州發現6.1億年前的胚胎化石 揭曉“先有雞還是先有蛋”



先有雞,還是先有蛋?這真是困擾人類的兩大終極問題!最近,中科院南京地質古生物研究所與英國、瑞典、瑞士學者合作,在瓮安生物群中發現一類6.1億年前的胚胎化石“籠脊球”,記錄了動物從單細胞祖先向多細胞祖先演化的關鍵一步,被科學界普遍認為,或將成為解開這一謎團的鑰匙。

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保存了囊包的籠脊球化石

“蛋”先出現4000多萬年

11月28日,此項發表在國際知名期刊《當代生物學》上的相關成果,一時引起多方關注。據介紹,此次成果為在貴州瓮安生物群中發現的胚胎化石“籠脊球”,是迄今人類發現最古老的與動物相關的胚胎化石,為揭開動物起源之謎提供了重要新線索。

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含有化石的岩石

參與整個採集及研究過程的中科院南京地質古生物研究所副研究員殷宗軍告訴記者,已有的研究表明,地球上所有的動物都有一個共同的祖先,這個祖先出現大約在6-7億多年前。但這樣一個共同的祖先,其實是由一個單細胞生命演化出來的。從單細胞的祖先到多細胞的祖先,具有一些過渡階段,而胚胎化石“籠脊球”,就是其中一個過渡階段。

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殷宗軍(右)與英國科學家在瓮安古生物群進行科考

殷宗軍解釋說,此次發現的胚胎化石“籠脊球”整體呈球形,單個直徑不足1毫米,保存了精美的多細胞結構。結果顯示,這些“籠脊球”在充滿營養物質的厚壁囊包中發育,發育過程既類似動物的單細胞近親,又更為複雜,顯示出有規律的細胞遷移、重組等動物胚胎特有的發育機制。這就是說,“籠脊球”化石記錄了動物由單細胞向多細胞演化的關鍵一步。正是這一步,為真正有細胞和組織分化的動物出現奠定了生物學基礎。

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籠脊球化石,a和b是裸露的標本,囊包已丟失,c和d是保存了囊包的標本,e和f是a和b的局部放大,顯示細胞結構細節

殷宗軍打比方說,如果把地球上出現的第一個動物比喻成“雞”,那麼“蛋”存在著一個複雜的胚胎髮育機制,這個研究揭示,這個“蛋”早在6.1億年前就出現了,比“雞”——動物大量出現早了4000多萬年。

曾經被長期忽視

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科研團隊在瓮安古生物群合影留念

殷宗軍向記者補充說,其實早在2000年,就有科學家發現了這種化石的存在,並命名為“籠脊球”。但當時的化石保存不好,看不到太多的生物學結構,以致長期被忽視。相反,2007年採集到的化石,通過電子掃描顯微鏡觀察後,發現保存得很好,甚至有清晰的細胞結構,以及完整的囊包等,非常精美。而這,就是12年後引起轟動的化石樣品。

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籠脊球化石三維重構模型,內部切面顯示多細胞結構

“為什麼2007年發現了化石,而且猜到可能具有很重要的意義,卻久久沒有研究,而且直到今天才出成果呢?其實,主要是技術上沒有得到突破。”殷宗軍解釋,因為直徑僅0.4- 0.8毫米,而且由很多很小的細胞構成,這些細胞就更小了,一般的成像技術很難看清楚,之前用電子掃描鏡,但只能看表面,不能看清內部結構。

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籠脊球化石的掃描電鏡圖像

殷宗軍說,想了解這個化石到底屬於什么生物,在演化生物學方面有怎樣的意義,這需要在三維的結構上來研究,這種生物是怎麼發育的,早期胚胎是如何一步步生長等。而這則需要三維成像技術,重構出數百個籠脊球標本的立體結構。但當時儘管也有一些三維成像技術,但分辨率不夠,看不到那麼精細。直到2015年,這一成像技術在分辨率上才有突破,所以這時候才開始大規模地對這些化石進行掃描並進行分析。

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籠脊球的生命週期

殷宗軍介紹,此次研究在瑞士最大的研究單位保羅希爾研究所開展,那裡有一個大型的同步輻射裝置——瑞士光源,研究人員使用這種同步輻射X光,就像醫院裡,醫生給病人拍CT一樣。

“我們給233顆化石拍了CT,並獲得了2.5T的數據。之後,團隊花了兩年的時間進行分析和處理,到今年才出成果,也才有這篇論文。”殷宗軍說。

延伸閱讀

82歲的貴州教授曾參與化石的採集

貴州大學貴州省古生物研究中心教授、82歲的古生物學者趙元龍,不僅熟知古生物研究,更與瓮安古生物群的此次成果頗有淵源。

趙元龍對記者說,實際上早在1997年,研究澄江古生物化石群的科學家陳均遠就邀台灣古生物學家李家維一道,到貴州尋找澄江古生物化石群的“老祖宗”。這樣,大家一起從貴陽,前往瓮安生物群,並在磷礦中部的磷塊岩中進行測樣。

“之後,李家維回台灣進行研究,並發現了胚胎化石,最後以他和陳均遠的名義,在《科學》雜誌上發表研究成果,稱找到了全世界動物的最早化石,從而引起轟動。”趙元龍說,之後,美國、英國的科學家也合作研究,並取得了很多成果,如殷宗軍發現6億年前的海綿始祖“貴州始杯海綿”等。

趙元龍說,有趣的是,不久前的11月10日,他、李家維、陳均遠三個發現者,借參加在雲南澄江召開的寒武紀大爆發國際研討會之機,還特意前往當初在發現化石的瓮安古生物群,一起高興地回憶當時採集樣品的情形,並合影留念。但那時,他尚未想到,半個多月後,又出瞭如此巨大的成果。

“這個成果很重要,因為牽涉到生命起源,並且走在全世界前列。”趙元龍說。