贵州瓮安发现全球最古老动物“贵州始杯海绵”化石

2015-03-11 09:38  来源: 多彩贵州网——贵州商报

6亿岁! 全球最古老动物在瓮安被发现

“贵州始杯海绵”化石只有米粒大

“贵州始杯海绵”模式标本

  地球上所有动物的老祖先是什么样子?近期,南京地质古生物研究所的朱茂炎研究团队对于动物起源的研究取得了激动人心的进展,他们在贵州瓮安生物群中发现了一枚保存完好的6亿年前原始海绵动物化石,取名为“贵州始杯海绵”。这是迄今全球发现最早且可信的原始动物实体化石。 这一体积只有2-3立方毫米的微小化石,保存了精美的细胞结构和完好的水沟系统。该发现不仅将原始动物在地球上出现的实证记录从寒武纪向前推进了6000万年,还意味着动物共同祖先的起源时间可能远远早于古生物学家的传统推测。该研究成果刊登在《美国科学学院》(PANS)院报上。

  “海绵始祖”化石堪称完美

  据该研究第一完成人、南京古生物所殷宗军博士介绍,这枚海绵化石以磷酸盐化的形式保存在白云质磷块岩中,标本体积微小、仅为2-3立方毫米。它不是胚胎化石,动物的细胞组织结构也清晰易辨,它们有精美的细胞结构、完好的水沟系统,这些证据说明,它是一个“完美”的原始海绵的化石。

  研究人员借助大型科学装置同步辐射光源重建其三维结构发现,该化石整体外观呈缠绕的管状,由三个独立的腔室共用一个实体基座组成,每一个腔室都有一个向上的开口,保存了精美的细胞结构。同步辐射显微CT技术和扫描电镜观察均表明,这一生物体已经发生明显的细胞分化,标本表面的扁平细胞和现代海绵表面的扁平细胞在细胞形态以及细胞黏联方式等方面十分一致,在腔室内壁上,还发现了类似现代海绵的领细胞结构。以上特征表明,这一生物是一种与现代海绵动物非常相似的原始动物。

  “海绵动物是整个动物界中最原始的类群,它们没有真正的组织和器官,只有细胞分化,虽然前人也曾报道过一些前寒武纪地层中疑似的海绵化石,但由于没有细胞结构和满足水动力学需求的水沟系统等典型特征,因而不被学界认可。”殷宗军说,“贵州始杯海绵”化石精美保存了细胞结构和完整的水沟系统,它的发现将海绵动物的化石记录向寒武纪之前推进了6千万年。结合现有的动物谱系树和分子钟推断,所有动物共同祖先的出现还远在6亿年之前。 米粒大小的最原始的动物,怎么行动?怎么吃东西?殷宗军说,它们是不会行走的,而是固着在浅水区的海底,而“猎食”的方式也很原始和简单,就是通过简单的水沟系统,鞭毛的运动产生水动力,从而对进入“海绵体”内的水体中的微生物进行滤食。

  瓮安生物群是迄今全球最古老的后生动物化石库

a、b、c、d、e、h为“贵州始杯海绵”及其局部的扫描电镜照片 f、g为同步辐射数字切面

  中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎介绍,这一化石的发现,还解决了瓮安生物群中是否存在动物化石这一受普遍关注的核心问题,再次肯定了我国瓮安生物群是迄今全球最古老的后生动物化石库。

  据了解,瓮安生物群产自贵州瓮安县境内瓮福磷矿采区的磷矿地层内(埃迪卡拉纪陡山沱组上部),距今约6亿年。20多年的研究发现,瓮安生物群主要由三维立体保存的多细胞藻类、大型带刺疑源类和后生动物胚胎等多种化石组成。其中的动物胚胎化石作为迄今最古老的后生动物化石记录,为研究动物在“寒武纪大爆发”之前的起源和早期演化历程提供了独一无二的实证材料。因此,自1998年首次发现动物化石以来,一直受到全球科学界的极大关注。

  但遗憾的是,瓮安生物群中已经研究发表的、解释为动物化石的标本以未分裂的受精卵和早期分裂的动物胚胎为主,而数量稀少的动物成体化石并未被学术界广泛接受。存在大量动物胚胎化石,但又缺乏可信动物成体化石的发现,使得一些西方学者对瓮安生物群中到底存不存在胚胎动物提出了质疑。没有找到可靠的动物成体化石,我国瓮安生物群中动物胚胎状化石的生物学解释已然陷入了尴尬的困境。

  “在寒武纪之前地层中,保存了磷酸盐化微体动物和胚胎化石的瓮安生物群只在我国贵州发现,全球范围内前寒武纪地层中都没有相似保存的化石群,这种唯一性一方面让我国科学家获得追溯动物起源的得天独厚优势,另一方面也导致国际上能够获得相似材料进行的比对研究非常有限。”朱茂炎说,生物有机体快速磷酸盐化的机制决定了大的化石个体保存为化石的可能性极小,这可能导致瓮安生物群中动物成体化石非常稀少,即使有保存,也可能是微小的碎片不易辨认。为了有新的发现,科学家往往对几百甚至上千公斤的含有化石的岩石进行逐一分析研究,“每一次科研上的突破,都需要大量重复枯燥的基础工作,加上那么一点点运气。”朱茂炎说。

  那么瓮安生物群中究竟有没有动物呢?不懈的研究终于得到答案。此次在瓮安生物群中发现的“贵州始杯海绵”是保存细胞结构的三维动物成体化石。可以说,这一“成年”动物化石的发现,使得瓮安生物群中是否有真正的动物化石这一疑问有了一个肯定的答案。《美国科学院院报》审稿人评价,“这是一个激动人心的新发现”。

专家学者考察瓮安生物群

  延伸阅读

  探索动物起源之谜

  前寒武纪——寒武纪转换时期(距今6亿年前后),一系列环境因素的利好,使得后生动物(又称多细胞动物)这一更复杂更高等的生命在前寒武纪晚期的埃迪卡拉纪(6.35-5.41亿年前)开始崛起,并在寒武纪早期发生大规模辐射式演化。从最简单的海绵动物到最高等的脊索动物在内,几乎现生所有动物门类在寒武纪早期短短两千万年的时间内快速出现,这就是著名的“寒武纪大爆发”事件(5.41-5.20亿年前)。

  然而,厚厚的前寒武系地层中却鲜有后生动物化石的踪影。有关“寒武纪大爆发”的研究不仅没有破解动物起源之谜,反而给这一生物演化事件蒙上了一丝神秘色彩:前寒武纪地层中究竟有没有留下这些复杂动物的祖先化石?如果有,它们到底是什么模样……

  想要回答这些问题,则需要在研究6亿年前后地球环境背景的同时,寻找前寒武纪动物化石记录,追溯寒武纪大爆发的源头。 然而寒武纪之前的地质记录中多细胞动物的化石记录十分稀有,而且著名的埃迪卡拉动物群(距今5.75-5.41亿年)的宏观生物又被认为和寒武纪出现的动物没有直接的亲缘关系。因此找到寒武纪之前,尤其是早于埃迪卡拉生物群的动物化石记录,对了解动物在地球上的起源时间和过程都十分重要。此次发现的“贵州始杯海绵”标本,就为前寒武纪时期多细胞动物的化石记录提供了新的重要例证。 据新华社

作者:  编辑: 赵兴智