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许多人都知道地球上生命的悠久历史：在38亿年的过程中生物体从原核生物进化到真核生物，从单细胞真核生物进化到多细胞真核生物，逐渐从简单生命进化到复杂生命。 在今天的地球上，动物、陆生植物、真菌和大型藻类，包括人类，都是复杂的生命形式和多细胞真核生物。
活体系统发育树（维基百科）。
那么，多细胞真核生物是什么时候出现在地球上的呢？ 这是生命进化史上重大的关键事件之一。 之前的研究证明，这个时间是15年前6亿年前。 会不会更早？
2024年1月25日，由中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂言领衔的“地球生命系统早期演化”团队回答了这个问题。 团队成员 苗兰云，博士，中国科学院南京地质古生物研究所，华北燕山地区 16早在3亿年前的地层中就发现了多细胞真核生物的化石，这些具有精致细胞结构的微化石被认为是迄今为止世界上发现的最早的多细胞真核生物化石记录。 研究结果发表在最新一期的《科学进展》杂志上（点击文章末尾的“阅读原文”）。
我发现的化石是最早的多细胞真核生物吗？ 这个证明问题是如何工作的？
在长城脚下，有生命早期进化的秘密
燕山领域的研究人员（**作者提供）。
燕山山脉是中国北方的重要山脉之一，位于内蒙古巴商高原南部，河北平原以北，白河河谷以东，山海关以西。
为什么研究团队将目光投向了这个？ 大家不明白的是，对于地质学和古生物学来说，燕山山脉更具有非凡的意义。
在长城脚下，有一组名为“长城系”和“蓟县系”的岩石，是距今18亿至13亿年前的寒武纪沉积地层，厚近万米，是世界上最优秀、最经典的地区之一，进行地球早期地质历史和生命演化， 以天津蓟县（现称蓟州）地区为代表。1984年，中国在天津蓟县建立了第一个国家级自然保护区，2001年，天津蓟县国家地质公园成立，记录了燕山的自然风光、文化古迹和独特的地质记录。
冀州区中上元古代地层剖面记录了这里的地质演化历史（**作者提供）。
20世纪初，中科院院士高振熙等人在长城脚下的天津蓟县建立了“四年体系”的标准段。 在过去的 100 年里，一代又一代的地质学家进行了研究，他们的时间变得越来越精确。
1997年，中国地质调查局天津地质调查中心朱世兴、黄学光在河北省钱西、关城地区开展野外地质调查工作6亿年前，“蓟县系”高庄组中发现了大型碳质膜化石，这是一层深色碳质物质，在生物被掩埋后的化石化过程中被压平保存。
高于壮族组巨体碳质膜化石（**作者提供）。
2016年，朱茂言团队与朱世星等国内外学者一起，对这些标本进行了系统研究，认为它们属于多细胞真核化石，早在15年前6亿年。 而且，这批多细胞真核化石已经长得“非常大”，宽达8厘米，不完整的化石长达30厘米。 如此大型的宏观化石的出现，预示着在此之前会有一个相对简单的微化石（即肉眼看不见的那种）。 这一结果突破了以往的科学认识，不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间比之前认为的6亿年前提前了近10亿年，而且推断出真核生物多细胞化的时间应该更早。
为了验证前辈们的这一推论，苗兰云自攻读博士学位以来，早在16亿年前就一直在燕山地区晚古元古代“长城”地层中寻找多细胞真核化石记录。
八年的积累，每一次实验都是“打开盲盒”。
由于长城地层中的化石大多是肉眼看不见的微化石，细节只能借助显微镜才能看清，而这些化石深深嵌入页岩中，研究人员必须将采集到的样本带回实验室，通过严格的微化石酸提取实验找到微化石进行分析。 八年来，苗兰云一直在南京和河北之间来回奔波：在燕山脚下采集样本，然后返回她在南京的实验室。
收集了岩石样本（**由作者提供）。
之所以说是“开箱”，是因为并不是所有的页岩都保存了微化石，而且每次微化石酸提取实验的结果都是不可预测的
“开箱盲盒”的过程是：
1）首先，氢氟酸用于溶解页岩中的所有矿物质，有机物（主要由碳和氢组成）不受氢氟酸的影响，因为它可以保留;
2）Caf2在上一步中产生，它是一种絮状物质，使溶液看起来像牛奶一样浑浊。为了除去CaF2，在除去残余的氢氟酸后加入盐酸，然后在水浴中加热除去絮凝剂CaF2。
3）剩余溶液主要是盐酸、水和有机物，然后通过换水将溶液洗涤至中性，最后剩余溶液主要是水和有机物。
化石是在有机物中形成和保存的，因此在寻找微化石时，我们必须在有机物中寻找它们。
微化石提取实验（**由作者提供）。
化石的微观形貌分析（**作者提供）。
古生物学版本的“盲盒”看起来像这样：
用酸萃取处理的样品（**由作者提供）。
教你识别多细胞真核生物的化石
最后，苗兰云从收集到的数百个样本中找到了它278个微多细胞真核化石标本，细胞结构保存完好这些标本出自河北省关城县翁家庄段川陵沟组中上层。
你可能想知道，上面的样本看起来都很相似，你怎么知道哪些是多细胞真核生物？ 让我们结合**分析多细胞真核化石的特征。
图1在宽岭沟组发现的壮丽绿藻。 化石保存为由有机物壁组成的多细胞细丝，显示出细胞大小变化引起的细丝形态变化。 丝状体的直径收缩到一端（a-d，f-i，k），丝状体的直径保持不变（j），保持完整末端的丝状体（e，l）F-H 和 K 的比例尺代表 100 μm，其余代表 50 μm（Miao 等人）。, 2024b）
图2具有孢子结构的壮丽绿藻。 a、c、d 和 f 的比例尺代表 50 μm（Miao 等人）。, 2024b）
第一个特点：大细胞。
在显微镜下，可以看出这些化石是由巨细胞组成的。 它们是不分枝的细丝，由单排细胞（图1和图2）组成，直径为20-190μm，长度可达860μm，没有外鞘。 （注：原核细胞一般小于2μm; 真核细胞通常为2-100μm）。
第二个特点：形态呈现出一定的复杂性。
其中一些化石具有直径保持不变的丝状体，细胞为短柱状至长柱状; 一些细丝向一端均匀收缩，细胞呈柱状、桶状或杯状; 一些细丝仅在一端变细（图1）。 通过测量不同类型的多细胞细丝，这些多细胞细丝在形态上显示出连续的转变，研究人员发现这些化石多细胞细丝属于同一物种。
这些化石的复杂性还反映在一些化石被发现具有类似于活的生殖细胞、孢子的圆形结构上，这表明这些化石实际上是孢子繁殖的生物。
通过文献研究，苗蓝云发现，丝状化石的形态和大小与1989年前在天津蓟县川岭沟组发现的“青山大燕”（1989）相似，因此这些化石具有具有复杂细胞形态的巨细胞化石应该是“壮丽的绿藻”。
如果你有巨细胞和复杂的形态，你一定是多细胞真核生物吗？ 还有一些“筛选问题”需要完成。
如果满足这些条件，则确认了“壮丽绿藻”的身份
为了确定这块化石的身份，有必要将其与生物体和同时期的生物体进行比较。
1.与生物的比较
在生物体中，有非常多的丝状生物，由单排细胞组成，广泛存在于原核生物（细菌和古细菌）和真核生物中。 研究人员根据这次发现的化石巨细胞和复杂的丝状形态此功能开始被排除在外**。
研究人员首先将壮观的绿藻与活的原核生物进行了比较。 据统计，目前已知的原核细丝分布在12门至少147属中，通过比较细丝的形态复杂度、细胞大小和繁殖方式，没有一种原核生物可以与壮丽青山藻相似。 这些活的原核细丝大多很小，而一些较大的生物相对简单。 因此排除壮丽的绿藻是原核生物
在现存的真核生物中，有许多丝状生物类似于壮丽的绿藻，例如：异养丝状真菌和丝状卵菌，特别是大多数真核藻类都含有丝状体，如褐藻、黄藻、绿藻、红藻、轮藻、椰球菌等。
壮丽的绿藻类似于异养丝状真菌和丝状卵菌，特别是大多数真核藻类都含有丝状体，如褐藻、黄藻、绿藻、红藻、轮藻、椰球菌等（**作者提供）。
壮观的绿藻和一些活的绿藻之间的对比很接近。
图片由作者提供）。
综合分析表明，现存一些绿藻的藻丝形态、细胞大小分布和繁殖方式最为相似。 因此研究团队认为，壮丽青山是多细胞真核生物的化石，很可能是具有光合作用代谢能力的多细胞藻类但是，目前无法将其归因于特定的生活类别。
2.借助高科技，与“同行”进行比较。
为了进一步验证壮壮鲟的真核特性，研究团队利用激光拉曼光谱比较了从同一页岩样品中提取的三种蓝藻（多细胞原核生物）的有机物组成。
拉曼光谱显示，与同水平的多细胞原核生物相比，壮藻经历了低水平的变质作用（变质作用是指由于温度、压力或其他因素导致的原始物质结构或成分发生变化）。 对于地质样品来说，经过长时间的地质过程，如地热梯度和压力，其原有的物质结构和成分会逐渐发生变化），不太可能受到现代生物污染。此外，化石的有机质组成与蓝藻化石的有机质组成存在显著差异进一步支持对多细胞真核生物特性的解释。
真核生物最后，一个共同的祖先
原产地时间可能更早
这次发现的含化石地层顶部有一层火山凝灰岩，用锆石铀铅同位素测年，结果为1635亿，这为新发现的化石提供了直接的年龄限制。 因此，“壮丽的青山藻”被认为是迄今为止世界上发现的最早的多细胞真核生物化石记录。 163亿年前！
基于上述“证明问题”过程，研究人员可以确定，壮丽的绿藻是最早的具有细胞结构的多细胞真核化石（163亿年前），可能是一种已灭绝的真核藻类（确切关系未知）。
因为学术界普遍接受的最早的真核生物（单细胞真核化石）化石记录是在大约16年前的华北和澳大利亚北部发现的5亿年前的晚古元古代地层。 这种壮观的绿藻只比这些最古老的单细胞真核化石稍晚出现这表明，在真核生物出现后，复杂的多细胞进化迅速发生。
由于真核藻类（泛染色体植物）属于冠状真核生物（现代真核生物）的一个分支，如果壮丽的青山藻类可以被识别为负责光合作用的真核藻类，那么真核生物 （LECA） 的最后一个共同祖先应不迟于 16 岁3亿年前！ ，比现在学术界普遍接受的时间提前了近6亿年。 这为进一步揭示复杂生命的起源和早期演化之谜，以及地球环境在元古代的演化提供了新的思路。
真核生物系统发育树简化图及真核生物早期重要化石记录. 在真核生物树中，虚线代表真核生物的茎群，实线代表真核生物的冠群（真核生物的最后共同祖先Leca及其所有后代）。发散点上的浅灰色条带表示分子钟估计的发散时间（Parfrey等人）。, 2011, pnas）.右图显示了各种真核生物群的最早化石记录（根据苗等人，2024年修订b）。
哈佛大学教授安德鲁·诺尔（Andrew Knoll）和中国科学院深海科学与工程研究所研究员屈远高参与了研究结果。
该研究由国家重点研发计划（2022YFF0800100）、国家自然科学计划（41888101、41921002、41972204）和中国科学院交叉学科创新团队（JCTD-2020-18）共同资助。
相关**：
1]miao, l., moczydłowska, m.*,zhu, s., zhu, m.*,2019. new record of organic-walled, morphologically distinct microfossils from the late paleoproterozoic changcheng group in the yanshan range, north china. precambrian research, 321:172-198.
2]miao, l., yin, z., li, g., zhu, m.*,2024a. first report of tappania and associated microfossils from the late paleoproterozoic chuanlinggou formation of the yanliao basin, north china. precambrian research, 400:107268.
4]miao, l., yin, z., knoll, a.h., qu, y., zhu, m.*,2024b. 1.63-billion-year-old multicellular eukaryotes from the chuanlinggou formation in north china. science advances.
5]zhu, s., zhu, m.*,knoll, a.h., yin, z., zhao, f., sun, s., qu, y., shi, m., liu, h., 2016. decimetre-scale multicellular eukaryotes from the 1.56-billion-year-old gaoyuzhuang formation in north china. nature communications, 7:11500.
选题回顾 |萨默塞特。
文案写作 |萨默塞特，苗兰云，朱茂言，朱鹏飞。
排版编辑 |朱鹏飞.
研究进展 |燕山地区发现世界上最早的多细胞真核化石的科研进展最早在燕山地区发现的最早的真核生物典型化石，塔帕尼亚专访朱茂言：花了31年时间“穿越”寒武纪，努力解开达尔文的难题。
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