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遠古小怪蛋:長相奇特 身份成謎

遠古小怪蛋:長相奇特 身份成謎

遠古小怪蛋:長相奇特 身份成謎 

上圖古球蛋化石厚囊包及其顯微結構

下圖寒武紀早期寬川鋪生物群中的古球蛋

(顯微CT數據)

受訪者供圖

愛吃巧克力的人都知道,香味濃郁的費列羅巧克力,以其獨特的造型和豐富的層次,讓人久久回味。然而,一種形似費列羅、來自寒武紀的疑難化石——“古球蛋”卻讓全世界科學家都犯了難。這種遠古化石雖然外形與結構酷似費列羅,但其真實身份卻始終是個未解之謎,自1977年首次報道以來,還不曾有科學家弄清它究竟是什麽。

近日,中國科學院南京地質古生物研究所發佈消息稱,由包括該所副研究員殷宗軍等人在內的中、美研究者組成的團隊,通過技術手段,證明了古球蛋化石的生物學屬性,研究成果在國際著名地學雜誌《地質學》上發表。那麽,這種遠古的球型化石究竟是什麽?它的身份揭曉又有什麽意義呢?

來自寒武紀的化石界“費列羅”

“古球蛋整體呈球狀或橢球狀,它的最外層是凹凸不平的薄殼,殼內有一層厚且多孔狀的‘夾心層’,最內層被包裹的是一個球狀的生物細胞團……”

在中科院南京地質古生物所實驗室,殷宗軍為記者描述了高分辨率顯微CT觀測到的古球蛋外形特征。

古球蛋產生於5.3億年前的寒武紀早期。“在全世界很多地方都有發現。我們的標本是在陜西省西鄉縣發現的,之前古生物學家還曾經在我國華南、加拿大、西伯利亞、澳大利亞等地發現過。”殷宗軍說。

單用肉眼很難發現古球蛋化石,它的直徑大約為0.4毫米—2毫米。多數情況下,它只保存了一個囊包(相當於卵殼),就像一個空心球。囊包壁不分層,厚度在20—40微米左右,囊包外表面發育了密集的瘤狀裝飾,囊包壁發育很多氣孔狀結構。保存較好的標本,可以在囊包內部看到胚胎。

經歷數億年的滄海桑田巨變,古球蛋化石能保存至今本身就是一個奇跡,因為它的個頭實在太小了,面對強大的地質運動,它的抗壓能力太弱,很多古球蛋都在保存為化石的過程中壓扁了。這也導致它的真實“身份”更加撲朔迷離。

顯微CT助科學家探究古球蛋真身

在寒武紀前後,有很多至今無法破解“身份”的疑難化石。比如,眼前這顆磷酸鹽質地、直徑1毫米左右的微型化石——古球蛋。那麽,為什麽幾十年來科學家都搞不清它到底是什麽呢?

“可能有兩方面原因,一是關註研究古球蛋的科學家並不多,二是前人的研究工作都比較早,採用的研究手段和技術也比較傳統,獲得的信息少,因此沒有足夠的證據弄清楚古球蛋究竟是什麽。”殷宗軍說。

過去,也有古生物學家對古球蛋進行研究,但基本是簡單的報道和囊包形態學的觀察,對其完整的三維結構,尤其是內部結構了解的很少。由於古球蛋長得圓頭圓腦,與動物的卵(蛋)頗為相似,因此有學者猜測它們可能是動物的卵(蛋)。但這也僅僅是猜測,除了外觀形態和尺寸的信息外,沒有別的證據來支撐這個猜測。

在此次研究中,科學家採用了高分辨率顯微CT技術,從微觀角度首次觀察到這種神秘化石的三維結構。這種顯微CT分辨率達0.8微米,為一根頭發絲的百分之一。他們選擇了保存較好的古球蛋化石,其內部的胚胎部分腐爛的較少。通過CT掃描,科學家清晰地看到,古球蛋最內部的細胞團遵循一種不增長分裂模式。即隨著分裂的進行,細胞數量越來越多、但單個細胞體積越來越小,細胞團總體積沒有明顯變化。這些特征和一些現代水生無脊椎動物的休眠卵非常一致,這說明,古球蛋很可能是寒武紀早期水生動物的休眠卵。

“休眠胚胎即休眠卵,又稱滯育胚胎,意思是停滯發育的胚胎。”殷宗軍說,正常條件下,動物受精卵會經過胚胎發育階段發育成幼年個體、成年個體,但有一些動物,主要是水生無脊椎動物,在外界條件比較惡劣的時候,比如水體缺氧、缺乏食物來源、溫度太低時,它們就會產下一種休眠卵,這種卵卵殼很厚,可以起到保護作用,卵殼內部的胚胎發育到一定階段後發育停滯,處於休眠狀態,直到外界條件好轉適合生存了再啟動發育。

休眠卵和正常發育的卵最大的區別是休眠卵有一個厚的囊包,囊包表面往往發育復雜的裝飾,對胚胎起到保護作用,幫助休眠卵抵抗惡劣的外界環境。而這個結構是正常發育的卵所不具備的。

搞清“小不點”化石有大意義

很多人可能並不覺得,知道了古球蛋的“身份”有多大意義。但殷宗軍不這麽認為,他表示:“想了解這個意義,就要從寒武紀大爆發說起”。

地球有46億年歷史,但動物起源比較晚,寒武紀之前的動物化石記錄非常稀少。在寒武紀早期,幾乎現代所有動物門類的祖先類型都出現在海洋中,這被稱為寒武紀大爆發。古球蛋這個“小不點”可是寒武紀大爆發的見證者之一。“作為胚胎,它們記錄了常規化石所不能反映的動物個體發育過程的信息,為我們了解動物祖先是如何發育的提供了一個實證,也為我們了解現代動物的形體結構是如何演化而來的提供了線索。”殷宗軍說,除此之外,搞清古球蛋是什麽,還有3方面意義:

一是弄清楚了古球蛋的生物學屬性,也就是說古球蛋不再是疑難化石了;

二是知道了“老祖宗”早就學會了用“睡一覺”熬過最艱難的苦日子。現代很多水生無脊椎動物,比如輪蟲、豐年蟲、鱟蟲(網紅三眼恐龍蝦)等均能利用休眠胚胎機制來抵禦不利環境進行繁殖。這種獨特的發育機制為它們度過惡劣環境,擴張生態空間帶來了優勢。此次發現表明,這種發育機制早在5.3億年前就已有之,並且延續至今。說明這種發育機制起源很早,而且很實用。

三是暗示了寒武紀早期全球很多海洋(淺海)水體的氧化程度,遠未達到正常水平。前人曾估計寒武紀早期全球淺海海水含氧量基本達到了與現代淺海差不多的水平,而古球蛋的全球廣佈,說明當時很多地方的淺海環境並不像之前估計的那麽好,當時全球海水氧化程度並不均一。

科學家認為,古球蛋化石的研究,不僅為研究早期動物發育機制的起源和演化、寒武紀早期淺海海洋環境氧化程度找到入口,而且還為人們重新評估寒武紀早期廣泛分佈的疑源類化石的生物學屬性帶來了新的啟示。

來源:科技日報


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