先有雞還是先有蛋?6億年前化石或給出答案

遼東信息港 劉 欣2019-12-05 07:34:37
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  對于動物究竟何時并如何起源,人們抱有天然的好奇心。究竟是先有雞還是先有蛋,也始終是一個充滿爭議和趣味的話題。

  近日,中國科學院南京地質古生物研究所發布一項研究成果,該所副研究員殷宗軍和研究員朱茂炎與英國布里斯托大學、瑞典自然歷史博物館以及瑞士光源的同行合作,在我國貴州甕安生物群——一個距今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。

  通過對這種生物形態的研究觀察,他們還原了原始“胚胎發育”的過程。“如果把動物比作一只雞,那么這類化石就相當于記錄了‘蛋生雞’的過程。”殷宗軍表示,籠脊球化石為回答這一問題提供了重要線索。該成果近日在線發表于《細胞》子刊《當代生物學》上。

  磷礦中找出細如沙粒的化石  

  現代動物界包括三十多個動物門類,已有研究表明它們擁有一個距今大約7億多年的共同祖先。這一共同祖先由多細胞組成,而且細胞有功能分化,它是由更古老的單細胞祖先演化而來。然而,動物單細胞祖先是何時以及如何演化成多細胞祖先的呢?這個問題一直沒有確鑿的答案。

  2000年前后,甕安生物群成為國際學術界研究動物起源和早期發育的熱點。

  貴州甕安縣以其豐富的磷礦資源被譽為“亞洲磷倉”。在古老的磷礦石中,埋藏著全球最古老的動物化石。科學家在甕安縣磷礦采區的埃迪卡拉紀地層中發現了大量動物化石(大約距今6.1億年前),為研究動物起源和早期演化過程,提供了獨一無二的實證記錄。

  南京地質古生物研究所副研究員殷宗軍所在的團隊是國際上最早進入這個領域的課題組之一。

  通過仔細的挖掘采集,科學家在其中發現了一種細如沙粒的化石,直徑不到1毫米,用肉眼很難發現。由于它“外貌”極其不規律且怪異,很多人懷疑它并不是化石,因此長期以來都被科學家所忽視。

  隨著科技的進步,三維X射線顯微鏡等設備開始用于化石研究,使得科學家得以觀察化石的內部結構。研究人員采用最先進的超高分辨率同步輻射三維無損成像技術,像醫生給患者做CT掃描一樣,重構了數百個籠脊球標本的立體結構。

  “化石在這兩種巖石中的賦存形式均為磷酸鹽化的三維立體標本,保存了精美的細胞-亞細胞結構。”殷宗軍說,這些化石保存非常精美,甚至保留了受精卵的細胞分裂過程。

  “蛋生雞”過程或揭開動物起源之謎

  通過10多年的收集和研究,殷宗軍所在團隊在貴州甕安生物群,陸續發現了233塊籠脊球化石標本。

  它們呈現了單細胞動物向多細胞動物過渡的各個形態,根據大數據集的分析,科學家找到了演變規律。從掃描效果圖上,記者看到這類化石從內部呈現空心“籠”體,演變為“實心球”的各階段“胚胎發育”過程。

  “我們重構了數百個籠脊球標本的立體結構,發現它們在一個充滿母源營養物質的厚壁囊包中發育。”殷宗軍說,籠脊球的發育過程非常類似動物的單細胞近親(比如中生黏菌蟲),但比動物的單細胞近親更為復雜的是,它們在胚胎發育過程中出現了有規律的細胞遷移和重組。

  多細胞動物的出現是地球生命史上極為重要的里程碑事件。生物多細胞化后,才有了細胞的分化行為,分化的細胞最終會成為各種器官及組織。

  而籠脊球的細胞遷移和重組,與動物原腸胚的細胞遷移重組行為非常類似。原腸胚是動物胚胎發育的一個重要階段,經過原腸胚階段,分化的細胞才會產生器官和組織,最終才會成長為一個動物。

  這表明動物胚胎特有的發育機制在動物化石記錄大量出現之前至少4千多萬年就已經準備好了。因此,科研人員將籠脊球稱為“干群動物”,即比最早的多細胞動物更早的動物。

  “要搞清楚動物如何演化,就得了解細胞分化的過程。籠脊球化石恰好記錄了動物從單細胞祖先向多細胞祖先演化的關鍵一步,這一步為真正有細胞和組織分化的動物的出現奠定了生物學基礎。”殷宗軍說,更完整的演化過程有待更多化石證據的揭示。

  那么,到底是“先有雞還是先有蛋”呢?

  殷宗軍認為,如果將動物比喻成一只雞的話,復雜的胚胎發育過程就是孵化出小雞的蛋,它橋接了動物的單細胞祖先和動物多細胞祖先之間的鴻溝。而籠脊球化石的發現恰恰就表明,孵化出動物這只“小雞”的“蛋”在6.1億年前就已經出現了。