这个6亿年前的“奇怪”化石，为揭开动物起源之谜提供重要新线索

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现代快报讯（记者 阿里亚 / 文 顾炜 / 摄）动物究竟是如何起源的？这一直都是一个谜。在 6 亿年前的贵州瓮安生物群中，保存了一类名叫 " 旋孔虫 " 的胚胎状化石，表面上长有奇怪的螺旋状线圈。这到底是一种什么样的生物？长期以来，这类化石的生物学属性充满争议。近日，中国科学院南京地质古生物研究所牵头的国际团队通过高分辨率显微 CT 等现代化技术，最终破解了其身世之谜。相关研究成果于 6 月 13 日在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》（Science Advances）上，为理解动物起源提供了重要线索。


△在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》（Science Advances）上
探寻化石 14 年，守住 6 亿年的瓮安化石宝库


△瓮安旋孔虫化石
在南京地质古生物研究所副研究员殷宗军的办公室，现代快报记者看到了瓮安旋孔虫化石。它被装在小细管里，肉眼仔细看，才能看见白色小沙粒。殷宗军说，瓮安旋孔虫呈球形，直径不到 1 毫米。" 大约都是 800 微米左右，一微米等于头发丝直径的 1/60。"


△ 殷宗军
" 故事缘起于 14 年前。当时我还是大三学生，为了做毕业设计，我去了贵州瓮安北斗山磷矿。在那里，我发现了少量的瓮安旋孔虫化石。" 殷宗军介绍，瓮安北斗山磷矿形成于 6 亿年前，是全球发现迄今最早的可靠动物化石记录产地。瓮安化石为磷酸盐化三维立体保存的化石，保存了常规化石所没有的细胞和亚细胞级的生物解剖学结构，是全世界最古老的动物化石宝库。


△ 拍摄于 2006 年
虽然 2006 年，殷宗军就发现了瓮安旋孔虫化石，但是直到 2015 年，研究才算真正开始。" 这九年间，很多学者都做了这方面的研究。如果要跟他们竞争，就需要更多的化石标本。" 于是，2015 年，殷宗军带着团队再次来到瓮安磷矿，开启了新一轮的采集化石之旅。他们在地质剖面上采集化石。
期间，发生了一件令殷宗军十分痛心的事情。" 瓮安生物群位于采矿区，那几年，当地开始大规模开采矿石。由于采矿，之前产出化石质量最好的几个采坑都已经坍塌了，经典剖面有的被埋掉，有的被挖走，无法观察到产化石的地层，更无法采样做相关研究。" 殷宗军说，为了让科研工作能够持续下去，他们极力呼吁保护该生物化石核心产地。
"2017 年的清明节，我们推动举办了‘瓮安生物群化石保护和科学研究国际研讨会’，引起了非常大的关注，最后国务院亲自批示建立化石保护点。我们还在那里建了一个科普展览馆，向当地人介绍瓮安生物群以及它的重要性。" 殷宗军告诉现代快报记者，他们最终共采集到了 300 余枚瓮安旋孔虫化石。
扫描 310 个标本，最终破解旋孔虫 " 身世之谜 "


△ 6 亿年前瓮安生物群中的旋孔虫（扫描电镜图像）
瓮安旋孔虫有带装饰的囊包，囊包上还发育了一条从一极延伸至另一极的螺旋状线圈。这到底是一种什么样的生物？长期以来，这类化石的生物学属性充满争议。而之所以存在较大争议，主要原因是它的内部生物学结构不清楚。


△南京地质古生物研究所显微 CT 实验室
" 瓮安旋孔虫跟其他瓮安胚胎化石不一样的地方就在于，其他胚胎的结构保存得很好，很容易找到细胞结构。但是瓮安旋孔虫有很厚的囊包，里面的结构都腐烂掉了。所以，你扫了很多个标本都不一定能够发现有内部结构，没有内部结构我们就不知道它是什么。" 殷宗军说，由于化石标本非常小，想要高分辨率重现它的内部结构就要采用像医院里的 CT 扫描仪一样的先进设备，而光扫描一个标本就需要 6 个小时的时间。


△瑞士实验室
研究团队前往瑞士最大的一个科研机构。在这里，他们花了两年时间，利用 X 射线超高分辨率显微断层成像技术扫描了 310 个标本。之后一年，研究团队都在分析研究旋孔虫化石。" 这 300 多个标本中只有 20 几个标本保存了内部结构，而且保存的比较好的只有十几个标本。一个标本里分裂出好几千个细胞。前人没有大量的扫描，放弃了，我们做到了。" 殷宗军说。




殷宗军介绍，当前，瓮安生物群中动物总界类群的演化发育生物学方面的研究工作才刚刚起步，仍有大量系统分类位置不明的疑难化石。其中有一些疑难化石和动物胚胎状化石外观非常类似——瓮安旋孔虫就是其中一个典型。
它为研究动物起源提供了重要线索


△细胞分裂早期的瓮安旋孔虫
殷宗军表示，不同的学者根据旋孔虫囊包形态和螺旋线圈结构，认为它是大积球或者旋胞类的不同发育阶段，从而提出了多种不同的亲缘关系假说，包括刺胞动物原肠胚、八臂仙母虫的胚胎、绿藻、动物单细胞近亲等。也有学者认为它们是独立的物种，并将它们解释为单细胞生物有孔虫。但是，研究人员发现，前人提出的各种假说均不成立。
" 瓮安生物群中胚胎状化石包括大积球、旋胞类、笼脊球等均发育了相似的带装饰的囊包，这一特征并不具备生物学分类意义，而是趋同演化的结果。" 殷宗军解释，由于 6 亿年前海洋环境较为严苛，氧化还原状态不稳定，因此几乎所有的胚胎状化石都发育了相似的厚壁囊包以保护自身。" 至于囊包表面的螺旋状线圈，目前还不知道它的生物学功能。这也是我们下一步想要了解的。前人也提出过一些假说，说它是生物体跟外界进行物质和能量交换的通道，比如交换气体、营养物质、排除一些废物等等，但是都没有证据来证实。"


△细胞分裂晚期的瓮安旋孔虫
那么，瓮安旋孔虫到底是什么？研究人员综合了旋孔虫的发育过程和形态结构特征，认为它属于动物总界的一员。" 动物总界相当于人科的概念，人科包括人和黑猩猩、大猩猩等。我们目前没办法认为旋孔虫一定就是动物，证据还不是很充足。但是它为理解动物起源提供了重要线索。" 殷宗军认为这一项研究最大的意义在于提出了更多的问题，而不是解决了一个大问题。比如：瓮安旋孔虫究竟是什么东西？瓮安生物群中是否有更多属于动物总界的化石类群？地球上的动物是什么时候诞生的？……
（殷宗军供图 编辑 苏湘洋）