“泡”化石8年，他們發現“壯麗青山藻”身份大有來頭！

文 ｜ 《中國科學報》 記者 沈春蕾

地球上最早的多細胞真核生物什麼樣？

1月25日，《科學進展》報道了中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎團隊在華北燕山地區16.3億年前地層中發現的多細胞真核生物化石。這些儲存有精美細胞結構的微體化石，被認為是迄今全球已發現最早的多細胞真核生物化石記錄。

第一作者苗蘭雲是朱茂炎領銜的地球-生命系統早期演化團隊的一員，她“泡”了8年化石，做了無數次實驗，又用兩年時間反複論證和修改論文，才取得今天的成果。

這是繼2016年燕山地區發現15.6億年前全球最早的宏體多細胞真核生物化石後，朱茂炎團隊在早期生命演化領域中取得的又一項重要突破，将多細胞真核生物出現的時間提前了7000萬年。

真核生物何時發生多細胞化?

當今地球上大部分的複雜生命，如動物、陸生植物、真菌和宏體藻類均是多細胞真核生物。是以，真核生物的多細胞化是生命向複雜化和大型化演化的必要條件，被認為是生命演化史上的重大關鍵事件之一。

但學術界一直有個疑問：真核生物最早是何時發生多細胞化的？

已知的化石證據表明，簡單的微體多細胞真核生物，包括紅藻、綠藻和真菌化石等，在距今10億年左右的地層中已經出現，并開始多樣化。而曾經報道過的更古老地層中的多細胞真核化石，因缺乏可靠的生物學證據，如多細胞結構和複雜形态，普遍受到質疑。

2016年，朱茂炎團隊聯合中國地質調查局天津地質調查中心研究員朱士興等國内外同行，在《自然-通訊》報道了燕山地區15.6億年前的宏體多細胞真核生物化石的發現。

朱茂炎表示：“這一發現突破了學界以往的認知，不僅将地球上大型多細胞真核生物的出現時間從以前認為的6億年前提前了近10億年，還由此推斷真核生物發生多細胞化的時間應該更早。”

為了論證這一推斷，2015年，苗蘭雲在博士研究所學生階段就開始了一項研究課題——在燕山地區早于16億年前的古元古代晚期“長城系”地層中尋找多細胞真核生物化石記錄。

在長達近8年時間裡，苗蘭雲等人在燕山地區多個剖面點上采集了數百件長城系頁岩樣品，通過泡在氫氟酸和鹽酸等溶液中進行實驗處理，獲得了大量微體化石标本。在發現大量多種類型的單細胞真核生物化石的同時，苗蘭雲等人終于在河北省寬城縣翁家莊剖面長城系串嶺溝組上部，發現了微體多細胞真核生物化石。

朱茂炎介紹，在含有該化石的地層頂部曾報道有一層火山凝灰岩，其中的锆石鈾-鉛同位素定年結果為16.35億年，這為新發現的化石提供了直接的年齡限制。

壯麗青山藻為多細胞真核生物

苗蘭雲等人發現的這批化石标本一共278枚，它們是由單列細胞組成的無分枝的絲狀體。

“由于我們發現的化石與此前在燕山中部天津薊縣地區串嶺溝組頁岩切片中發現的‘壯麗青山藻’化石形态和大小相似，于是我們将它們歸入同一個屬種。”苗蘭雲說。

此次研究的一個重要新發現是，壯麗青山藻的部分細胞内含有直徑約15~20微米的圓形結構。圓形結構形态完整規則、質地均勻，大小和形态可與現生的某些真核藻類的無性孢子類比，被解釋為一種繁殖細胞。研究團隊推測，壯麗青山藻是一種通過孢子繁殖的生物。

在現生生物中，由單列細胞組成的絲狀體生物種類繁多，在原核和真核生物中廣泛存在。“我們綜合比較了絲狀體形态的複雜度、細胞大小和繁殖方式，原核生物中并沒有可以與壯麗青山藻相比照的類型。”苗蘭雲說。

據統計，目前已知的原核絲狀體絕大多數個體很小，直徑約1~3微米，僅個别巨型藍細菌和硫細菌的直徑達到200微米，與壯麗青山藻直徑相似。但這些巨型細菌的細胞全部為圓盤狀，形态沒有任何複雜性。而真核生物中類似壯麗青山藻的絲狀體生物則很多，特别是大多數真核藻類都含絲狀體，如褐藻、黃藻、綠藻等。是以，研究團隊認為，壯麗青山藻為多細胞真核生物。

有助于揭示複雜生命的起源

詳細的比較研究表明，一些現生綠藻的藻絲體形态、細胞大小分布和繁殖方式等與壯麗青山藻最為接近。由此，研究團隊認為，壯麗青山藻不僅是多細胞真核生物，還可能屬于多細胞藻類，具有光合作用的代謝能力。

為進一步驗證壯麗青山藻的真核生物屬性，研究團隊采用雷射拉曼光譜儀對壯麗青山藻的有機質成分進行了譜學分析，并用同層位産出的3種藍細菌化石作為對比組。結果顯示，壯麗青山藻的有機質組成明顯不同于藍細菌化石，為其歸屬為多細胞真核生物的解釋提供了支援。

目前，學術界普遍認同的真核生物最早化石記錄發現于大陸華北和澳洲北部距今約16.5億年前的古元古代晚期地層中。“壯麗青山藻的出現時間僅稍晚于這些最古老的單細胞真核生物化石，這表明真核生物出現之後便迅速發生了複雜的多細胞化演化。”朱茂炎說。

這項研究還證明，由于真核藻類屬于冠群真核生物的一個支系，如果壯麗青山藻可以确認是營光合作用的真核藻類，那麼真核生物最後的共同祖先應不晚于16.3億年前的古元古代晚期，比目前學界普遍接受的10億年前提前了6億年之久，與分子鐘推算的時間基本吻合。

朱茂炎認為，這項研究為進一步揭示複雜生命的起源和早期演化過程的奧秘，以及元古宙地球環境演變，提供了新的思考。

相關論文資訊：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adk3208