動(dòng)物是如何起源的?這是長(zhǎng)久以來(lái)困擾古生物學(xué)家和演化生物學(xué)家的重要科學(xué)問(wèn)題。

6億年前的貴州甕安生物群中，有許多小不點(diǎn)化石，肉眼幾乎難以看見(jiàn)，其中有一類胚胎狀化石表面長(zhǎng)有奇怪的螺旋狀線圈，這到底是一種什么樣的生物?

6月13日在線發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》上的一篇論文，揭開(kāi)了甕安旋孔蟲(chóng)的奧秘。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所牽頭的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，通過(guò)高分辨率顯微CT和同步輻射顯微斷層成像技術(shù)，對(duì)這類化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，最終破解了其身世之謎。

不足毫米大的化石長(zhǎng)著螺旋線圈

甕安生物群位于貴州甕安埃迪卡拉系陡山沱組含磷地層，通過(guò)磷酸鹽化方式，6億年前的化石得以完整地保存下來(lái)。

這些化石被稱為動(dòng)物世界的黎明，科學(xué)家認(rèn)為它們是已知地球最古老的生物。其中有大量毫米級(jí)的小不點(diǎn)化石，關(guān)于它們的身份，長(zhǎng)期以來(lái)學(xué)界有各種假說(shuō)，但均沒(méi)有足夠的證據(jù)證實(shí)。

2006年，科研人員在甕安生物群發(fā)現(xiàn)有一類胚胎狀化石，其表面上長(zhǎng)有奇怪的螺旋狀線圈，于是將其命名為甕安旋孔蟲(chóng)。甕安旋孔蟲(chóng)呈球形，發(fā)育了類似常見(jiàn)的甕安胚胎狀化石大積球類帶裝飾的囊包，囊包上還發(fā)育了一條從一極延伸至另一極的螺旋狀線圈。

有人認(rèn)為它們是刺胞動(dòng)物原腸胚、八臂仙母蟲(chóng)的胚胎、綠藻、動(dòng)物單細(xì)胞近親等。也有學(xué)者認(rèn)為它們是獨(dú)立的物種，是單細(xì)胞的有孔蟲(chóng)。

中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員殷宗軍告訴科技日?qǐng)?bào)記者，甕安生物群中胚胎狀化石還有大積球、旋胞類、籠脊球等好幾種，均發(fā)育了相似的帶裝飾的囊包。

2019年11月，中科院南京地質(zhì)古生物研究所曾經(jīng)發(fā)布論文稱，在甕安生物群找到了距今6.1億年的籠脊球化石，為揭開(kāi)動(dòng)物起源之謎提供了重要線索。專家打比方說(shuō)，把地球上出現(xiàn)的第一個(gè)動(dòng)物比喻成“雞”，如果存在著復(fù)雜胚胎發(fā)育機(jī)制的“蛋”，那么籠脊球化石就是那個(gè)“蛋”。

小不點(diǎn)化石能否揭開(kāi)動(dòng)物起源之謎

長(zhǎng)久以來(lái)，由于最早的動(dòng)物化石記錄難覓蹤跡，動(dòng)物起源領(lǐng)域一直是演化發(fā)育生物學(xué)的理論研究占據(jù)主導(dǎo)地位，直到埃迪卡拉紀(jì)甕安生物群中發(fā)現(xiàn)了大量動(dòng)物胚胎狀化石后，這一局面才開(kāi)始發(fā)生變化。

過(guò)去，甕安生物群中胚胎狀化石的生物學(xué)屬性一直充滿爭(zhēng)議，但近幾年的研究進(jìn)展對(duì)這些化石的認(rèn)識(shí)逐漸趨向了一致：它們當(dāng)中一些類群可能代表了最早的動(dòng)物(包括干群動(dòng)物)，而另一些可能代表了動(dòng)物的單細(xì)胞近親。

盡管很難確認(rèn)哪些是動(dòng)物，哪些是動(dòng)物單細(xì)胞近親，但將這些胚胎狀化石放置在動(dòng)物總界范圍內(nèi)是沒(méi)有爭(zhēng)議的。因此，這些在細(xì)胞層級(jí)上保存了不同發(fā)育階段的標(biāo)本，使得古生物學(xué)家通過(guò)化石記錄檢驗(yàn)演化發(fā)育生物學(xué)家提出的動(dòng)物起源模型成為可能。

殷宗軍告訴記者，想要知道動(dòng)物如何起源有兩種途徑：一種是演化發(fā)育生物學(xué)理論推測(cè)，即從分子的層面對(duì)比動(dòng)物及其單細(xì)胞近親的發(fā)育過(guò)程，在分子生物學(xué)構(gòu)建的動(dòng)物總界時(shí)間樹(shù)(動(dòng)物總界包括所有后生動(dòng)物及其單細(xì)胞近親)的基礎(chǔ)上，推測(cè)動(dòng)物祖先的生物學(xué)特征，并重建這些特征的系統(tǒng)發(fā)生過(guò)程，估算其出現(xiàn)的時(shí)間;而另一途徑則是古生物學(xué)實(shí)證研究，即通過(guò)追溯最早的動(dòng)物及其近親的化石記錄，重建動(dòng)物起源的過(guò)程并卡定動(dòng)物起源時(shí)間的上限。

當(dāng)前，甕安生物群中動(dòng)物總界類群的演化發(fā)育生物學(xué)方面的研究工作才剛剛起步，其中仍有大量系統(tǒng)分類位置不明的疑難化石，其中有一些疑難化石和動(dòng)物胚胎狀化石外觀非常類似——甕安旋孔蟲(chóng)就是其中一個(gè)典型。

甕安旋孔蟲(chóng)究竟是什么

甕安旋孔蟲(chóng)的生物學(xué)屬性之所以存在較大爭(zhēng)議，主要原因是其內(nèi)部生物學(xué)結(jié)構(gòu)不清楚。

為此，中科院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團(tuán)隊(duì)的殷宗軍研究員、朱茂炎研究員和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所劉鵬舉研究員以及英國(guó)布里斯托大學(xué)教授菲利普·多諾格等合作，采用高分辨率顯微CT和同步輻射顯微斷層成像技術(shù)，掃描了300多個(gè)甕安旋孔蟲(chóng)化石標(biāo)本，最終找到十幾個(gè)保存了精美內(nèi)部生物學(xué)結(jié)構(gòu)的化石。

研究人員發(fā)現(xiàn)，甕安旋孔蟲(chóng)和大積球以及旋胞類一樣，具有類似的發(fā)育過(guò)程，即從單細(xì)胞期通過(guò)不增長(zhǎng)的細(xì)胞分裂一直發(fā)育到成千上萬(wàn)細(xì)胞階段。這一發(fā)育過(guò)程表明甕安旋孔蟲(chóng)不可能是單細(xì)胞的有孔蟲(chóng)，也不是大積球或者旋胞類的早期或者晚期發(fā)育階段。故前人根據(jù)它們與大積球和旋胞類的相似而提出的各種假說(shuō)均不成立。

因此，殷宗軍認(rèn)為旋孔蟲(chóng)屬于動(dòng)物總界的一員。而旋孔蟲(chóng)的發(fā)育過(guò)程也為理解動(dòng)物起源提供了重要線索。

殷宗軍表示，甕安生物群中胚胎狀化石包均發(fā)育了相似的帶裝飾的囊包，這一特征是趨同演化的結(jié)果。由于埃迪卡拉紀(jì)早期海洋環(huán)境較為嚴(yán)苛，氧化還原狀態(tài)不穩(wěn)定，因此幾乎所有的胚胎狀化石都發(fā)育了相似的厚壁囊包以保護(hù)自身。

但這種類似的囊包結(jié)構(gòu)掩蓋了甕安生物群的生物多樣性，意味著甕安生物群中可能還有更多屬于動(dòng)物總界的化石類群未被發(fā)現(xiàn)，未來(lái)應(yīng)該有更大的潛力值得挖掘。