科研进展 | 这块10亿年前的神秘化石的真身是......

宽川铺生物群中发现具有体细胞和生殖细胞分化的新型藻类

寒武纪早期宽川铺生物群是显生宙最早的磷酸盐化特异埋藏微体化石库。其以产出大量磷酸盐化软躯体动物及其胚胎化石而闻名于世，为重建寒武纪大爆发初期海洋生态系统提供了关键埋藏窗口。然而，前人的研究大多聚焦于软躯体动物和动物胚胎化石，而忽视了非动物化石的研究。

近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员殷宗军带领联合研究团队在宽川铺生物群中发现了一种具有体细胞和生殖细胞分化的球状真核生物化石。研究结果为理解宽川铺生物群化石组合面貌和寒武纪大爆发初期的生态系统复杂性提供了新信息。相关成果发表在英国学术期刊《古生物学》（Palaeontology）上。

宽川铺生物群中球状化石有较高的多样性和丰度，很多球状化石包括著名的橄榄蛋类、假球蛋和古球蛋类都被解释为动物胚胎或者动物休眠卵。然而这些球状化石很可能包含了亲缘关系迥异的多元类群。

此次科研人员新发现的球状化石大小和古球蛋相差无几（直径范围450-950微米），表面也具有类似古球蛋的瘤状突起装饰。但与典型的古球蛋化石不同，它们的一极发育了由一串圆形小坑环绕的圆形区域，直径在200-400微米左右。该圆形区域内不发育瘤状突起，但发育了数量不等的椭圆形凹坑，单个凹坑长轴在40-60微米左右。这些凹坑形态规则且排列紧凑。研究人员根据其形态特征，将其命名为凹坑球蛋（Concavaesphaera ornata）。

研究采用了高精度显微断层成像技术（Micro-CT）重建了凹坑球蛋化石的内部结构，发现了多个不同发育阶段的标本。其中，非生殖阶段的标本内部充满尺寸均一的球状体细胞，而处于生殖阶段的标本除了较小的体细胞外，在标本外周缘还发育了多个袋状囊腔；每个囊腔有一个圆形开口通向体外，而每个囊腔内部发育了一个较大的带表面装饰球状生殖细胞。

体数据定量统计分析表明，生殖阶段标本中囊腔的体积是随着生殖细胞体积的增大而增大。在生殖细胞尚未发育成熟时，囊腔的开口较生殖细胞小，待生殖细胞发育成熟时，囊腔开口增大，生殖细胞通过开口释放到体外，开启个体发育的下一个周期。

此次发现的凹坑球蛋是一类发育了具装饰囊包且有体细胞和生殖细胞分化的球状真核多细胞生物。从观察到的生物学组合特征看，它与后生动物之间的亲缘关系相距甚远，也不太可能是真菌或者有胚植物的近亲。

凹坑球蛋展示的生殖机制和多细胞复杂性可以与现代团藻科团藻属的多细胞绿藻对比。不过需要指出的是，凹坑球蛋和团藻属之间也有一些明显的差异，比如后者不发育带装饰的囊包，且体细胞均分布于个体周缘而不是在内部。考虑到团藻属并非单系类群，且起源的时间较晚（分子钟估算认为它们起源于三叠纪之后），研究人员认为凹坑球蛋并非团藻属的直系祖先，而更可能是一类已经灭绝的真核藻类，代表了藻类多细胞化在寒武纪早期的一次独立尝试。

这一发现不仅表明地质历史时期真核生物多细胞化独立起源的次数可能远远超过前人预估，还为理解寒武纪初期真核生物多样性及海洋生态的系统复杂性提供了新的信息。

论文第一作者为南京古生物所和北京大学联合培养博士生刘威。本研究得到了科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。南京古生物所吴素萍提供Micro-CT实验技术支持，高嘉华绘制了凹坑球蛋生活周期示意图。

研究认为古球蛋状化石更可能是寒武纪早期的藻类

近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生咸晓峰，在研究员张华侨和瑞典隆德大学教授Mats E. Eriksson的共同指导下，对古球蛋状化石进行了深入研究，建立了古球蛋状化石的新的分类方案。研究认为古球蛋状化石更可能是寒武纪早期的藻类，而不是动物胚胎或休眠卵。

相关成果已在线发表在国际地学领域专业期刊《古地理，古气候，古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。

古球蛋（Archaeooides）是报道于寒武纪早期的一类球状化石。它的表面具有规则而紧密分布的瘤状装饰，标本最小直径在400微米左右，最大直径可在2毫米以上。

传统的分类方案将所有古球蛋状化石（Archaeooides-like microfossils）归为一个形态种，即瘤面古球蛋（Archaeooides granulatus Qian, 1977）。但是，这个分类方案忽略了古球蛋状化石表面装饰和个体直径存在的巨大差异。长期以来，古球蛋被认为是分类位置未定的微体化石。

此前有学者提出古球蛋可能是动物胚胎，也有学者认为它可能是某种无脊椎动物的休眠卵。古胚胎学（palaeoembryology）为早期动物的演化发育生物学研究提供了独特的窗口，但前提是化石的动物胚胎属性得到确认且亲缘关系得到限定。因此，古球蛋状化石的生物学属性和分类位置应该要有明确的定论。

该研究涉及的古球蛋状化石标本约200枚，为磷酸盐化立体保存，来自于陕南西乡县张家沟剖面宽川铺组和川北南江县新立剖面新立段。关键化石产出层位位于寒武纪幸运期第一个小壳化石带内，绝对地质年龄约535百万年。

研究发现，古球蛋状化石的表面装饰存在很大的不同。如果采用传统的分类，它们应全部归入瘤面古球蛋。此次研究依据化石标本表面装饰差异区分出四种不同的类型。除了已报道过的具有瘤状装饰的瘤面古球蛋外，还有三种新类型：具有刺状装饰的Shaanisphaera spinosa gen. et sp. nov.，具有锥状装饰的Qinlingisphaera conica gen. et sp. nov.，和具有扁圆状装饰的Dahisphaera plana gen. et sp. nov.。这说明传统的分类方案严重低估了古球蛋状化石的形态多样性，且不同类型的化石标本不应放在一起用来论证古球蛋的生物学属性和分类位置。

研究表明这四个类型的标本都具有非常大的直径范围。以Archaeooides granulatus为例，其标本直径可以从最小593微米连续增大到最大2463微米，相差四倍左右。这与同一属种动物胚胎通常具有固定或较窄的直径范围相矛盾，也与已知的早古生代动物胚胎化石具有较窄的直径范围相矛盾。

研究认为古球蛋状化石的壳壁受埋藏学改造较大。即使是同一个属种不同的标本，其壳壁厚度可能都不一样。壳壁中常见多孔结构，但是这种多孔结构也会分布在明显是成岩作用形成的结构中，实际上是埋藏学假象，而非生物结构，因此不能和现生无脊椎动物休眠卵的壳壁相对比。

研究发现，古球蛋状化石与现生甲藻、绿藻等藻类中的一些属种具有极高的形态相似度。古球蛋状化石的四个类型具有的较大的直径分布范围更可能代表的是种内差异，有可能是个体发育现象，即不同大小的标本代表不同的发育阶段。这种生长模式在现生和化石藻类中也是常见的。

研究认为，古球蛋状化石都是有机质的球状囊泡，具有相似的表面装饰，较长的生长序列（个体可以从数百微米长大到1-2毫米），未知的壳壁厚度，多为中空的表面装饰。

因此，研究认为古球蛋更可能是寒武纪早期的藻类，而不是动物胚胎或休眠卵。

本项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、瑞典研究理事会和国家留距今9亿年！科学家发现藻类化石，揭开真核生物演化的奥秘学基金委CSC的联合资助。

距今9亿年！科学家发现藻类化石，揭开真核生物演化的奥秘

在藻类，在我们的生活中随处可见。不过，你仔细观察过它们吗？你知道藻类最初是如何进化的吗？尽管真核藻类的微体祖先在距今 10 亿年前就出现了，但研究表明，直到距今 7-6 亿年前，包括绿藻在内的肉眼可见的宏体真核藻类才初步具备了生态优势，成为海洋中主要的初级生产者。

采集上万件珍贵化石标本，持续研究 5 年 …… 中科院南京地质古生物研究所的科学家们与山东科技大学的同行合作，在山东发现了一个距今约 10-7.2 亿年的藻类化石生物群。他们分析认为，其实藻类很可能在这段时期就已经在全球范围内起到了重要的生态作用。相关研究成果于近日发表在地学 SCI 期刊《前寒武纪研究》上。

采集上万件古藻类化石，否定之前假说

远古时代，万物尚未孕生，为数不多的生物也仅仅以最低级的生命形式隐匿于汪洋之下。这毫无生机的景象，却因藻类等光合生物的出现而划上了句号。最先出现的一批光合生物，是以蓝细菌（又称蓝藻）为代表的原核生物。它们没有根茎叶的分化，构造也相当简单，甚至连细胞核都不具备。之后，地球发生了天翻地覆的变化，原核生物逐渐进化成藻类等真核生物。

" 距今约 10-7.2 亿年的拉伸纪，见证了地球环境的变迁和许多关键性的生物演化事件。不过，这个时期的藻类化石记录却较单调。" 据南京地质古生物研究所早期生命研究团队副研究员庞科介绍，在这段时期，大部分生物都是微体的，肉眼看不见。业界普遍认为，该时期的生物很简单，类型也很少。

庞科等人团队的研究打破了这一认知。从 2014 年起，他们在山东省安丘市距今约 9 亿年前的地层中采集化石。五年间，陆陆续续采集了上万件。" 合作者之一是山东科技大学教授陈雷，他是我的师兄，当时我们俩商量着能不能在山东找到这个地层的化石。" 庞科说，他们采集化石的地方也是一个矿石采集地点。" 村民们每挖一段时间就有新鲜的剖面露出来，我们就跑去采。只要挖到了相应的地层，化石就挺丰富的。" 庞科举例，10 厘米乘以 10 厘米的面积，最多挖出了十几二十个化石。

科研人员对其中 6000 多件化石进行了数据整理。" 它们保存精美、形态多样，大小在毫米和厘米之间。" 庞科解释称，微生物的体积直径一般小于 1 毫米。" 而这些化石很多都是大于 1 毫米，甚至达到厘米级别，这意味着它们已经是肉眼可见的形态了。"

多样性最高的藻类生物群之一，揭示真核生物的演化

科研团队发现的藻类化石生物群由 12 属 16 种以及 1 个未命名丝状体组成，包括新建立的 1 属 6 种。其中，含有 11 种真核宏体藻类化石、4 种蓝细菌化石，以及 2 种生物属性未知的类型。3 种宏体化石保存了精美的多细胞结构。

庞科告诉现代快报记者，宏体藻类是指那些能够肉眼可见的藻类，而距今 10-7.2 亿年的宏体藻类化石记录非常稀少。" 我们此次发现了十余种，新命名的有六七种，算是首次发现的、类型最丰富的藻类生物群，扩大了这个时期的藻类多样性。" 他表示，该生物群的属种多样性远大于以往发现的其他同时代的化石生物群。

" 这个生物群的发现，为我们认识早期的宏体藻类面貌提供了重要的直接证据，表明真核生物的某些进化分支可以通过简单的多细胞化或多核体形式，由微体达到能够被肉眼可见的程度。" 庞科说，他们发现的丰富多样的藻类化石同时表明，距今 10-7.2 亿年的宏体藻类多样性被严重低估，它们可能已经开始在全球范围内起到了重要的生态和生物地球化学作用。