研究人員手持小如沙粒的化石樣本。

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(duì)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(zhuān)家在我國(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，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”——動(dòng)物大量出現(xiàn)早了4千多萬(wàn)年。

疑問(wèn)：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(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(wèn)題如同“先有蛋還是先有雞”，一直沒(méi)有確鑿的答案。

記者從中國(guó)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(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，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(zhuān)家的注意

要了解最早的“蛋”，一切還得從甕安生物群說(shuō)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(chēng)，被譽(yù)為“亞洲磷倉(cāng)”。

從20世紀(jì)80年代起，越來(lái)越多的人來(lái)到這里開(kāi)采磷礦。在開(kāi)采過(guò)程中，不少稀奇古怪的化石被接連挖掘出來(lái)。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(kāi)始揚(yáng)名國(guó)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(niǎo)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(méi)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(méi)有更先進(jìn)的設(shè)備。不過(guò)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(shuō)，2015年開(kāi)始，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)。

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(wàn)年

記者現(xiàn)場(chǎng)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)。“外面是一個(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。”殷宗軍說(shuō)，研究發(fā)現(xiàn)它們?cè)谝粋€(gè)充滿母源營(yíng)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(guò)程非常類(lèi)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?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，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(lèi)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(wàn)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。”殷宗軍說(shuō)，所有的動(dòng)物都是一個(gè)單一類(lèi)群，是由一個(gè)祖先演化出不同的門(mén)類(lèi)，如果把動(dòng)物比喻成“雞”，那這只雞是怎么來(lái)的，是由“蛋”孵化而來(lái)，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。