中科院生物起源研究获重要突破 确认多细胞生物“祖先的祖先”

先有鸡还是先有蛋，这个经典问题是对于生物起源之谜的最形象描述，而中国科学家的最新研究成果或将帮助人们找到答案。通过对贵州瓮安出土的地球最古老“蛋”化石的研究，中科院南京古生物所陈雷博士等人发现，这种原本被认为是动物胚胎的细胞团，其实不是“蛋”而是“鸡”，是已知最早的有细胞分化的多细胞真核生物，是现代动物“祖先的祖先”。不过这种生物的“蛋”是什么样子，如何完成“蛋”和“鸡”之间的循环，仍然有待解答。

这个全新的发现使人们对多细胞生物起源的真相又近了一步，为解释寒武纪生命大爆发提供了理论基础，被国际权威刊物《自然》采用。

科研人员在研究瓮安生物群“胚胎”化石

瓮安生物群多细胞化石显微图

瓮安古生物群为何重要？

地球上最早的“蛋”原来并不是“蛋”。9月25日，来自中科院南京地质古生物所的博士生陈雷和庞科向记者展示，十多年来被称之为地球最早的胚胎化石，实际上是一种具有细胞分化的多细胞真核生物。它们有可能是一种“干群动物”，或者某种多细胞真核藻类。而“干群动物”是动物“祖先的祖先”。

这一发现有何重要意义？一切还得从瓮安生物群说起。

上世纪70年代中期，中国的科学家们在贵州瓮安的岩石中发现了埃迪卡拉纪陡山沱组生物群（注：埃迪卡拉纪是一个地质年代，一般指620—542百万年前；陡山沱组则是一种以组为岩石地层单位的地层结构）。这是全球已知的最古老的多细胞动物化石。

瓮安生物群是全世界科学家研究多细胞真核生物早期演化的一个重要窗口，其化石以磷酸盐化的形式保存了精美的细胞结构。

1998年，《自然》和《科学》两份权威杂志同时刊发论文，称在瓮安生物群中发现一类球状化石，它们呈等体积细胞分裂，也就是一分二、二分四，而细胞总体积不变，单个细胞体积呈指数递减，论文将其解释成动物胚胎——也就是地球上最古老的“蛋”化石。

但是，关于这些化石的争论从来都没有停止过。它们到底属于何种动物的胚胎？抑或它们本身就是一种动物而不是胚胎？

有科学家提出，藻类等多种类群的生物也具有类似的特征，甚至有学者认为它们属于原生动物，如中生粘菌虫或硫细菌。

因此，这些被称为最早的胚胎化石，一方面在国外学者甚至教科书中广泛流行，一方面又备受学界争议。

想要打破这种饱受质疑的假说，必须找到更有说服力的化石。由于以前报道的化石结构简单，只有类似胚胎发育早期的序列。找到发育后期的具有更多特征的化石，才是判定其究竟属于动物胚胎还是其它类型生物的关键。

瓮安生物群化石样本

用“土办法”找到新证据

“从颜色上看，瓮安的磷块岩有黑色和灰色之分。在以往的研究中，大家都把灰色磷块岩作为主要研究对象。”陈雷说：“但是，我们另辟蹊径，选取了以前容易被人们忽视的黑色硅质磷块岩为研究对象。”

“这种岩石之所以是黑色，是因为含有硅质的原因。因此，相比灰色磷块岩，它是有机的，细节也保存的更完好精美。”陈雷的导师袁训来介绍。

在过去的二十年里，中外学者都采用酸蚀法从灰色磷块岩中分离得到化石，这种方法的好处是化石呈三维立体，直观易辨识，而且保存精美。

但是，除了好看一些以外，科学家们并没有从中得到更多有价值的发现。

“为什么不换一个思路呢？”陈雷说，他们想到了用最“古老”的土办法——研磨。通过把岩石研磨成30—50微米的薄片，之前还像个煤块一样的黑色硅质磷块此刻已薄如蝉翼，陈雷等总共研磨制作了1000余片的薄片，每片上都有上百个化石。

在显微镜下观察，他们不仅发现了具有以前所报道的等体积细胞分裂特征的化石，还发现了其他一些具有细胞分化特点的化石。这些化石具有奇特的分化特点——内部细胞在分裂到数百个之后，出现了营养细胞和繁殖细胞的分化。并且繁殖细胞包裹在一个囊壳内，一直进行细胞分裂和生长，细胞数可达到了数百数千个，形成“繁殖体“，在图片上呈现出深色的一团。其他细胞则被称为营养细胞。随着繁殖体的增大，由于生物总体积是不变的，营养细胞就会牺牲自己为繁殖体腾出生长空间，发生程序性的死亡。

“胚胎发育过程中不可能出现一部分细胞死亡的现象，这就基本推翻了之前胚胎化石的假说。”袁训来说：“它也不同于河蚌，水母等冠群动物,这是一种非常奇特的生物，从没有见过的生物。”

为寒武纪生命大爆发提供生物基础

这是一个令人激动的全新发现。可以推断，这种6亿年前的生物确切地属于有细胞分化的多细胞真核生物。

它有可能是一种干群动物，或者某种多细胞真核藻类。而干群动物是动物“祖先的祖先”，因此，这个发现使人们对多细胞生物早期演化的真相又近了一步。

“不论它是哪一种生物，它所具备的特征都为后来的寒武纪生命大爆发提供了很好的生物基础。”袁训来说。

陈雷说，目前所观察到的只是这种多细胞真核生物的成熟期，至于它们如何再分化成一个个新生命体的，还需要更多的材料和证据。

这就好比是科学家们目前只发现了小鸡，但是小鸡如何长大，长大后又如何再下蛋过程并不知道。

研究人员表示，研究还远未停止，未来的研究需要更多的证据才能作出更为明确的解释。确认这些化石处于生命进化树的哪一部分，仍是课题组下一步的研究目标。

“如果把这类生物的整个生命周期看成一个完整的圆，我们现在只是知道了这个圆前半部分，还不知道从这次新发现发生的细胞分化阶段怎样回到开头的单细胞受精卵。”陈雷表示，下一步的研究任务就是把这个圆画完整，确认“小米粒儿”究竟是动物还是植物，又是哪种动植物。

综合《科技日报》、《中国科学报》报道