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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)6.1億年前的籠脊球化石 揭示動(dòng)物起源

時(shí)間:2020-10-12 10:25來源:網(wǎng)絡(luò)整理 瀏覽:
這是籠脊球化石,a和b是裸露的標(biāo)本,囊包已丟失,c和d是保存了囊包的標(biāo)本,e和f是a和b的局部放大,顯示細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。作為動(dòng)物界的成員,人
這是籠脊球化石,a和b是裸露的標(biāo)本,囊包已丟失,c和d是保存了囊包的標(biāo)本,e和f是a和b的局部放大,顯示細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 這是籠脊球化石,a和b是裸露的標(biāo)本,囊包已丟失,c和d是保存了囊包的標(biāo)本,e和f是a和b的局部放大,顯示細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

作為動(dòng)物界的成員,人們對動(dòng)物究竟是何時(shí)并如何起源的抱有天然的好奇心,但直到今天,這仍然是演化生物學(xué)領(lǐng)域懸而未決的重大科學(xué)難題。最近中科院南京地質(zhì)古生物研究所的專家在我國貴州甕安生物群——一個(gè)距今6.1億年的特異埋藏化石庫中找到了一類名叫“籠脊球”的化石,記錄了動(dòng)物從單細(xì)胞祖先向多細(xì)胞祖先演化的關(guān)鍵一步,這一步為真正有細(xì)胞和組織分化的動(dòng)物的出現(xiàn)奠定了生物學(xué)基礎(chǔ)。打個(gè)比方,如果將動(dòng)物比喻成“雞”,那么“蛋”存在著一個(gè)復(fù)雜的胚胎發(fā)育機(jī)制,這個(gè)研究揭示,這個(gè)“蛋”早在6.1億年前就出現(xiàn)了,比“雞”——?jiǎng)游锎罅砍霈F(xiàn)早了4千多萬年。

揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾?于丹丹

疑問:動(dòng)物單細(xì)胞是何時(shí)演化成多細(xì)胞的?

現(xiàn)代動(dòng)物界包括三十多個(gè)動(dòng)物門類,已有研究表明,它們擁有一個(gè)距今大約7億多年的共同祖先。這一共同祖先由多細(xì)胞組成,而且細(xì)胞有功能分化,它是由更古老的單細(xì)胞祖先演化而來。

然而困擾科學(xué)家的是,動(dòng)物單細(xì)胞祖先是何時(shí)以及如何演化成多細(xì)胞祖先的呢?這個(gè)問題如同“先有蛋還是先有雞”,一直沒有確鑿的答案。

記者從中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉,該所殷宗軍副研究員和朱茂炎研究員,與英國布里斯托大學(xué)、瑞典自然歷史博物館以及瑞士光源的同行合作,發(fā)現(xiàn)的“籠脊球”化石,記錄了動(dòng)物從單細(xì)胞祖先向多細(xì)胞祖先演化的關(guān)鍵一步,這一步為真正有細(xì)胞和組織分化的動(dòng)物的出現(xiàn)奠定了生物學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于2019年11月27日在線發(fā)表在《細(xì)胞》集團(tuán)子刊《當(dāng)代生物學(xué)》(Current Biology)上。

發(fā)現(xiàn):貴州籠脊球化石,終于引起了專家的注意

要了解最早的“蛋”,一切還得從甕安生物群說起。在貴州中部的黔南布依族苗族自治州,有個(gè)叫甕安的小城,這里以豐富的磷礦資源著稱,被譽(yù)為“亞洲磷倉”。

從20世紀(jì)80年代起,越來越多的人來到這里開采磷礦。在開采過程中,不少稀奇古怪的化石被接連挖掘出來。這吸引了古生物學(xué)家的注意。1998年,古生物學(xué)家在甕安的埃迪卡拉紀(jì)地層中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批獨(dú)特的動(dòng)物成體及胚胎化石,甕安生物群開始揚(yáng)名國際。甕安生物群是全世界科學(xué)家研究多細(xì)胞真核生物早期演化的一個(gè)重要窗口,其化石以磷酸鹽化的形式保存了精美的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

最早2000年,這樣的顯微鏡下看上去像鳥籠的化石,就被命名了,但是因?yàn)樾螒B(tài)怪異,且大部分籠脊球化石的細(xì)胞結(jié)構(gòu)并沒有保存的很好,所以起先并不為人所注意。

中科院南京地質(zhì)古生物研究所副研究員殷宗軍告訴記者,這些化石的標(biāo)本是2007年采集的,當(dāng)時(shí)沒有更先進(jìn)的設(shè)備。不過在十幾年間,有心的研究人員一直在默默積累,大概有幾百個(gè)化石標(biāo)本,“其中有很多標(biāo)本細(xì)胞學(xué)機(jī)構(gòu)保存的很好,外包膜也很完整”,殷宗軍說,2015年開始,研究人員采用最先進(jìn)的超高分辨率同步輻射三維無損成像技術(shù),像醫(yī)生給患者做CT掃描一樣,重構(gòu)了數(shù)百個(gè)籠脊球標(biāo)本的立體結(jié)構(gòu)。

研究:動(dòng)物胚胎發(fā)育機(jī)制,比動(dòng)物化石大量出現(xiàn)早幾千萬年

記者現(xiàn)場看到的籠脊球,并不是我們想象中的“球”,它的直徑不到1毫米,好像一粒沙,但是在顯微鏡下,能看出它圓滾滾的球狀形狀。

而吸引科學(xué)家注意的,是籠脊球精美的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)?!巴饷媸且粋€(gè)完整的囊包,有兩層包膜,內(nèi)層膜較薄,外層膜較厚,里面是一個(gè)多細(xì)胞體?!币笞谲娬f,研究發(fā)現(xiàn)它們在一個(gè)充滿母源營養(yǎng)物質(zhì)的厚壁囊包中發(fā)育,不同標(biāo)本代表了不同的發(fā)育階段。他們從中空的籠狀逐漸發(fā)育成實(shí)心球。

重建的發(fā)育序列顯示,其發(fā)育過程非常類似動(dòng)物的單細(xì)胞近親,但比動(dòng)物的單細(xì)胞近親更為復(fù)雜的是,它們在胚胎發(fā)育過程中出現(xiàn)了有規(guī)律的細(xì)胞遷移和重組,這些細(xì)胞行為和動(dòng)物原腸胚的細(xì)胞遷移重組行為非常類似,表明動(dòng)物胚胎特有的發(fā)育機(jī)制在動(dòng)物化石記錄大量出現(xiàn)之前至少4千多萬年就已經(jīng)準(zhǔn)備好了。

觀點(diǎn):孵化出動(dòng)物的這只“蛋”,在6.1億年前就出現(xiàn)了

“它可能是一種已經(jīng)滅絕的生命形式,記錄了動(dòng)物從單細(xì)胞祖先向多細(xì)胞祖先演化的關(guān)鍵一步?!币笞谲娬f,所有的動(dòng)物都是一個(gè)單一類群,是由一個(gè)祖先演化出不同的門類,如果把動(dòng)物比喻成“雞”,那這只雞是怎么來的,是由“蛋”孵化而來,這個(gè)“蛋”就是復(fù)雜的胚胎發(fā)育機(jī)制。

而籠脊球化石的發(fā)現(xiàn)恰恰就表明,孵化出動(dòng)物這只小雞的“蛋”在6.1億年前就已經(jīng)出現(xiàn)了。

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