中科院生物起源研究獲重要突破 確認多細胞生物“祖先的祖先”

先有雞還是先有蛋，這個經典問題是對於生物起源之謎的最形象描述，而中國科學家的最新研究成果或將幫助人們找到答案。通過對貴州甕安出土的地球最古老“蛋”化石的研究，中科院南京古生物所陳雷博士等人發現，這種原本被認為是動物胚胎的細胞團，其實不是“蛋”而是“雞”，是已知最早的有細胞分化的多細胞真核生物，是現代動物“祖先的祖先”。不過這種生物的“蛋”是什麼樣子，如何完成“蛋”和“雞”之間的循環，仍然有待解答。

這個全新的發現使人們對多細胞生物起源的真相又近了一步，為解釋寒武紀生命大爆發提供了理論基礎，被國際權威刊物《自然》採用。

科研人員在研究甕安生物羣“胚胎”化石

甕安生物羣多細胞化石顯微圖

甕安古生物羣為何重要？

地球上最早的“蛋”原來並不是“蛋”。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“幹羣動物”，或者某種多細胞真核藻類。而“幹羣動物”是動物“祖先的祖先”。

這一發現有何重要意義？一切還得從甕安生物羣説起。

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羣（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。

甕安生物羣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，《自然》和《科學》兩份權威雜誌同時刊發論文，稱在甕安生物羣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——也就是地球上最古老的“蛋”化石。

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？抑或它們本身就是一種動物而不是胚胎？

有科學家提出，藻類等多種類羣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，這些被稱為最早的胚胎化石，一方面在國外學者甚至教科書中廣泛流行，一方面又備受學界爭議。

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，只有類似胚胎髮育早期的序列。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它類型生物的關鍵。

甕安生物羣化石樣本

用“土辦法”找到新證據

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

“這種岩石之所以是黑色，是因為含有硅質的原因。因此，相比灰色磷塊巖，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巖中分離得到化石，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餘片的薄片，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。隨着繁殖體的增大，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，發生程序性的死亡。

“胚胎髮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，水母等冠羣動物,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。

它有可能是一種幹羣動物，或者某種多細胞真核藻類。而幹羣動物是動物“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。

研究人員表示，研究還遠未停止，未來的研究需要更多的證據才能作出更為明確的解釋。確認這些化石處於生命進化樹的哪一部分，仍是課題組下一步的研究目標。

“如果把這類生物的整個生命週期看成一個完整的圓，我們現在只是知道了這個圓前半部分，還不知道從這次新發現發生的細胞分化階段怎樣回到開頭的單細胞受精卵。”陳雷表示，下一步的研究任務就是把這個圓畫完整，確認“小米粒兒”究竟是動物還是植物，又是哪種動植物。

綜合《科技日報》、《中國科學報》報道