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)。

對(duì)于動(dòng)物究竟何時(shí)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(gè)充滿(mǎn)爭(zhēng)議和趣味的話(huà)題。

近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所發(fā)布一項(xiàng)研究成果，該所副研究員殷宗軍和研究員朱茂炎與英國(guó)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，在我國(guó)貴州甕安生物群——一個(gè)距今6.1億年的特異埋藏化石庫(kù)中找到了一類(lèi)名叫“籠脊球”的化石。

通過(guò)對(duì)這種生物形態(tài)的研究觀察，他們還原了原始“胚胎發(fā)育”的過(guò)程。“如果把動(dòng)物比作一只雞，那么這類(lèi)化石就相當(dāng)于記錄了‘蛋生雞’的過(guò)程。”殷宗軍表示，籠脊球化石為回答這一問(wèn)題提供了重要線(xiàn)索。該成果近日在線(xiàn)發(fā)表于《細(xì)胞》子刊《當(dāng)代生物學(xué)》上。

磷礦中找出細(xì)如沙粒的化石

現(xiàn)代動(dòng)物界包括三十多個(gè)動(dòng)物門(mén)類(lèi)，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(lái)。然而，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(wèn)題一直沒(méi)有確鑿的答案。

2000年前后，甕安生物群成為國(guó)際學(xué)術(shù)界研究動(dòng)物起源和早期發(fā)育的熱點(diǎn)。

貴州甕安縣以其豐富的磷礦資源被譽(yù)為“亞洲磷倉(cāng)”。在古老的磷礦石中，埋藏著全球最古老的動(dòng)物化石。科學(xué)家在甕安縣磷礦采區(qū)的埃迪卡拉紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)了大量動(dòng)物化石(大約距今6.1億年前)，為研究動(dòng)物起源和早期演化過(guò)程，提供了獨(dú)一無(wú)二的實(shí)證記錄。

南京地質(zhì)古生物研究所副研究員殷宗軍所在的團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上最早進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的課題組之一。

通過(guò)仔細(xì)的挖掘采集，科學(xué)家在其中發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)如沙粒的化石，直徑不到1毫米，用肉眼很難發(fā)現(xiàn)。由于它“外貌”極其不規(guī)律且怪異，很多人懷疑它并不是化石，因此長(zhǎng)期以來(lái)都被科學(xué)家所忽視。

隨著科技的進(jìn)步，三維X射線(xiàn)顯微鏡等設(shè)備開(kāi)始用于化石研究，使得科學(xué)家得以觀察化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。研究人員采用最先進(jìn)的超高分辨率同步輻射三維無(wú)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)。

“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(biāo)本，保存了精美的細(xì)胞-亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。”殷宗軍說(shuō)，這些化石保存非常精美，甚至保留了受精卵的細(xì)胞分裂過(guò)程。

“蛋生雞”過(guò)程或揭開(kāi)動(dòng)物起源之謎

通過(guò)10多年的收集和研究，殷宗軍所在團(tuán)隊(duì)在貴州甕安生物群，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了233塊籠脊球化石標(biāo)本。

它們呈現(xiàn)了單細(xì)胞動(dòng)物向多細(xì)胞動(dòng)物過(guò)渡的各個(gè)形態(tài)，根據(jù)大數(shù)據(jù)集的分析，科學(xué)家找到了演變規(guī)律。從掃描效果圖上，記者看到這類(lèi)化石從內(nèi)部呈現(xiàn)空心“籠”體，演變?yōu)?ldquo;實(shí)心球”的各階段“胚胎發(fā)育”過(guò)程。

“我們重構(gòu)了數(shù)百個(gè)籠脊球標(biāo)本的立體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它們?cè)谝粋€(gè)充滿(mǎn)母源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的厚壁囊包中發(fā)育。”殷宗軍說(shuō)，籠脊球的發(fā)育過(guò)程非常類(lèi)似動(dòng)物的單細(xì)胞近親(比如中生黏菌蟲(chóng))，但比動(dòng)物的單細(xì)胞近親更為復(fù)雜的是，它們?cè)谂咛グl(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)了有規(guī)律的細(xì)胞遷移和重組。

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

而籠脊球的細(xì)胞遷移和重組，與動(dòng)物原腸胚的細(xì)胞遷移重組行為非常類(lèi)似。原腸胚是動(dòng)物胚胎發(fā)育的一個(gè)重要階段，經(jīng)過(guò)原腸胚階段，分化的細(xì)胞才會(huì)產(chǎn)生器官和組織，最終才會(huì)成長(zhǎng)為一個(gè)動(dòng)物。

這表明動(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(wàn)年就已經(jīng)準(zhǔn)備好了。因此，科研人員將籠脊球稱(chēng)為“干群動(dòng)物”，即比最早的多細(xì)胞動(dòng)物更早的動(dòng)物。

“要搞清楚動(dòng)物如何演化，就得了解細(xì)胞分化的過(guò)程。籠脊球化石恰好記錄了動(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)。”殷宗軍說(shuō)，更完整的演化過(guò)程有待更多化石證據(jù)的揭示。

那么，到底是“先有雞還是先有蛋”呢?

殷宗軍認(rèn)為，如果將動(dòng)物比喻成一只雞的話(huà)，復(fù)雜的胚胎發(fā)育過(guò)程就是孵化出小雞的蛋，它橋接了動(dòng)物的單細(xì)胞祖先和動(dòng)物多細(xì)胞祖先之間的鴻溝。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。(記者 張曄)