今天地球上所有复杂的生命都是多细胞真核生物,而真核生物的多细胞化是生命向复杂和大规模进化的必要条件,这被认为是生命进化史上的重大事件之一。 然而,真核生物什么时候变成多细胞的呢? 多细胞真核生物是什么时候开始出现在地球上的? 到目前为止,这个重大的科学问题还没有明确的答案。
1月25日,由中国科学院南京地质古生物学研究所研究员朱茂言领衔的“地球生命系统早期演化”团队在《科学进展》上发表最新研究成果:16多细胞真核生物的化石在3亿年前的地层中被发现。 这是继2016年在燕山地区发现的继6亿年前全球最早的宏观多细胞真核化石后,该团队在早期生命进化领域又取得了重大突破,将多细胞真核生物的出现进一步推进了约7000万年,使其成为迄今为止世界上发现的最早的多细胞真核生物化石记录。
早在 2016 年,朱茂言的团队就在《自然通讯》上报道了燕山地区156亿年前的宏观多细胞真核生物化石。 这一发现不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现提前了近十亿年,而且推断出真核生物应该更早成为多细胞生物。
为了证明这一推论,该团队在过去八年中在燕山地区多个横截面地点采集了数百个长城页岩样本,并通过实验处理获得了大量微化石标本。 本批共发现278个化石标本,为单排细胞组成的不分枝细丝,形状和大小与此前其他研究者在燕山中部川岭沟组页岩段报道的“壮丽青山藻”化石相似,本研究归入同一属和种。
此前的研究者已经将这些化石解释为原始绿藻,可能是因为化石不清晰,生物学解释的证据不足,所以自1989年报道以来,一直没有引起国内外同行的重视。 研究发现,壮丽青山的一些细胞含有直径约15至20微米的圆形结构,这被解释为一种生殖细胞。 可以看出,壮丽的青山藻类是一种通过孢子繁殖的生物。
在这项研究中,我们对细丝的形态复杂性、细胞大小和繁殖方式进行了全面比较,发现原核生物中没有可比的类型,而真核生物中有许多丝状生物类似于壮丽的绿藻。 因此,研究团队认为,S. magnificus应该是一种多细胞真核化石。 综合分析表明,部分幸存绿藻的形态、细胞大小分布和繁殖方式与壮丽青山藻最接近。 因此,研究团队认为,它不仅是一种多细胞真核生物,而且可能具有光合作用的代谢能力,属于多细胞藻类,尽管目前无法将其归因于特定的生物门。
为了进一步验证壮藻的真核特性,研究团队对壮藻的有机物组成进行了光谱分析,结果表明,壮藻的有机物组成与蓝藻化石的有机物组成存在显著差异,支持了将其归类为多细胞真核生物的解释。
学术界普遍接受的最早的真核生物化石记录是在大约 16 年前发现的在5亿年前的晚古元古代地层中,本研究发现,壮丽青山藻类的出现仅比这些最古老的单细胞真核化石稍晚,表明真核生物的出现之后是快速复杂的多细胞进化。
如果壮丽青山藻类可以被鉴定为正在进行光合作用的真核藻类,那么真核生物的最后一个共同祖先应该不迟于163亿年前的晚古元古代比目前学术界普遍接受的时间早了近6亿年,与分子钟估计的时间基本一致。 朱茂言认为,本研究为进一步揭示元古代复杂生命的起源和早期演化之谜以及地球环境的演化提供了新的思路。
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