贵州瓮安发现6亿年前的原始海绵动物化石——贵州始杯海绵
2015-03-10 11:58:04   来源:化石网   评论:0 点击:

贵州瓮安发现6亿年前的原始海绵动物化石——贵州始杯海绵海绵的水沟系统(化石网报道)据中国江苏网:荧屏上笨拙可爱的海绵宝宝是不少孩子的最爱。近日,中科院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎课题组,在贵州瓮


贵州瓮安发现6亿年前的原始海绵动物化石——贵州始杯海绵



海绵的“水沟系统”

(化石网报道)据中国江苏网:荧屏上笨拙可爱的海绵宝宝是不少孩子的最爱。近日,中科院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎课题组,在贵州瓮安发现了一枚6亿年前的原始海绵动物化石——贵州始杯海绵。这一研究成果于今天凌晨4点,在线发表在《美国科学院院报》上。这枚海绵化石被认为是迄今为止最古老的海绵化石标本,把海绵在地球上出现的实证记录向前推进了6000万年。

课题组成员、古生物所的殷宗军博士介绍,6亿年前的氧气含量极低,由于海洋中供氧不足,动物基本都是小不点。这枚化石是从数百公斤化石中偶然发现的,只有米粒大小,最大直径只有1.3毫米。因为切片对化石有损害,殷宗军特意将其带到欧盟做了一次显微“CT”。

通过“CT”,殷宗军发现,这个海绵化石有成千上万的细胞,每个细胞都保存得非常好,它们没有明显的细胞壁,像“乒乓球”那样叠合在一起。细胞与细胞之间有很多空隙。“这和现代的海绵非常相似,这些空隙可以让水从表面进出。”殷宗军说,此外,化石表面细胞之间有数量众多的小孔,直通有开口的腔室,形成了简单的水沟系统,为远古海绵提供了与外界进行物质交换的通道。可以想象,6亿年前,这些海绵附着在浅水区的海底,猎食方式很原始,通过简单的水沟系统,鞭毛的运动产生水动力,对水体中的微生物进行滤食以维持生命。这种结构,也和现代海绵很接近。

南京专家发现的海绵化石,比之前公认的海绵化石早6000多万年。专家透露,由于长相特殊,海绵曾一度被误会成植物,事实上,它是动物。与原始海绵相比,现代的海绵种类多样,有的海绵个子是米级的,也有的海绵个子是毫米级的,和发现的原始海绵化石差不了多少。

相关报道:最古老海绵化石证动物"共同祖先"出现早于6亿年前

(化石网报道)据扬子晚报(通讯员 陈孝政 记者 朱姝):在海底生活着数量巨大的海绵“家族”,它们是世界上结构最简单的多细胞动物。既没有头,也没有尾,没有躯干和四肢,更没有神经和器官。但它们“历史悠久”,是整个动物界中最原始的类群。此前,古生物学界认定其可靠的化石记录最早大约出现在5.35亿年前的寒武纪早期。近日,中科院南京地质古生物所朱茂炎研究员课题组将这一时间向前推进了6000万年,这也意味着所有动物的“共同祖先”出现应远早于6亿年前,远早于古生物学家的传统推测。这一成果发表在今天的《美国科学院院报》上。

“瓮安生物群”让古生物学家“很困惑”

“瓮安生物群”产自贵州瓮安县磷矿地层内,距今约6亿年,其中的动物胚胎化石是迄今最古老的后生动物,为研究动物在寒武纪大爆发之前的起源和早起演化历程提供了独一无二的实证材料,因此自从1998年这些胚胎化石被发现以来,受到国内外科学界的极大关注。虽然发现了大量动物胚胎化石,但却一直缺乏可信的动物成体化石,所以不少学者对于瓮安生物群中胚胎的动物属性有所质疑,认为它们也有可能是硫细菌或者绿藻。

“瓮安生物群中究竟有没有动物呢?这一直是古生物学家所困惑的科学问题。”该研究第一完成人殷宗军博士告诉记者,而转机,就在他们新发现的一块不足3立方毫米的小化石里。

“米粒大”的化石却是世界难题的“转机”

这块化石是以磷酸盐化的形式呈三维立体的状态保存在白云质磷矿岩中。殷宗军博士说,这块标本十分微小,体积大约2-3立方毫米,就和一颗米粒差不多大小,被命名为“贵州始杯海绵”。为了不破坏标本,同时又能观察到标本的内部结构,他们借助大型科学装置欧洲同步辐射光源,使用了目前最先进的三维无损成像方法——相位衬度显微断层成像技术,重建了该化石标本的三维结构。

重建的结果让小组成员们欣喜: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;生物体已经发生了明显的细胞分化,而且标本表面的扁平细胞和现代海绵表面的扁平细胞无论是细胞形态还是细胞之间的黏联方式都十分一致;化石表面不同区域覆盖的细胞具有不同的形态和定向,细胞之间发育了数量众多的小孔,这些小孔直通有开口的腔室,和腔室一起形成了简单的水沟系统,为生物体提供了与外界进行物质交换的通道;标本的皮层之下没有发现基膜,内部也没有发育骨针等矿化的骨骼。但是,在腔室内壁上发现了类似现代海绵的领细胞结构。以上这些生物学特征表明它是一种与现代海绵动物非常相似的原始动物,固着在浅水区的海底通过简单的水沟系统进行滤食生活。

为发现更古老的动物始祖化石提供了依据

海绵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,但也都被逐一证明并不是海绵,不被学界认可。

而“贵州始杯海绵”,以其精美保存的细胞和完整的满足水动力学需求的水沟系统,成为目前为止最古老的海绵化石,将海绵动物的化石记录向寒武纪之前推进了6000万年。

“瓮安生物群”中原始海绵的发现,预示着一些与这类海绵动物有共同祖先,但形体更复杂的真后生动物在“瓮安生物群”中也应该出现,而所有动物的共同祖先则远早于6亿年前。这一理论上的推测,为在更古老的地层中发现动物始祖化石提供了依据,将指导科学家在溯源之旅中继续前行。

相关报道:地球动物祖先竟是6亿年前老海绵

(化石网报道)据新华报业网(通讯员 陈孝政 记者 王晟):2—3立方毫米,半粒米大小,常年泡在海水中吸微生物,这个小生命,居然就是地球上各种动物的老祖先——远古海绵!中科院南京地质古生物的专家最近“捉”到了它们的化石,测定年龄已有6亿岁。这不仅是全球发现的最古老的海绵动物化石,而且意味着复杂的多细胞动物起源的时间可能远远超过古生物学家的传统推测。今天上午,该研究成果将发表在著名学术期刊《美国科学学院》院报上。

远古海绵可能是人类的祖先

“我们是谁?我们从哪里来?”这是困扰人类的永恒问题。为了解开包括人类在内的地球上生命起源的秘密,生物学家根据基因排列顺序进行追踪,古生物学家则在化石中寻找着答案。而海绵这种不起眼的海洋生物,它的化石恰恰有非常重要的研究价值。

海绵是地球早期生命演化中一种低等的动物,在早期生命的构成中占有重要地位,在所有动物门类中约占5%的比例。在前寒武纪和寒武纪的地层中,古生物学家都曾发现了大量的海绵化石,他们就此确定:海绵在生命结构方面保存着最原始的特征,还见证了寒武纪生命大爆发的过程。

南京地质古生物研究所朱茂炎课题组的成员殷宗军博士介绍,正因为这个原因,古生物专家都对“寻找古老海绵”兴趣浓厚,希望能从中解开动物起源的奥秘。可惜,多年来科学家们收获甚微,鲜有新的发现。

全球最早专家发现6亿年前海绵

没想到,中科院南京地质古生物所的专家在贵州有了突破。

在贵州瓮安的磷矿地层中,有着全球科学界广泛关注的瓮安生物群,为研究动物在“寒武纪生命大爆发”之前的起源和早期演化历程,提供了独一无二的实证材料。南京地质古生物研究所的朱茂炎研究团队采用新的技术手段,对当地进行了大量的标本研究,终于取得了激动人心的进展——他们在瓮安生物群中发现了一枚保存完好的原始海绵动物化石。

殷宗军博士表示,这枚名为“贵州始杯海绵”的化石很细小,只有2—3立方毫米,比一粒米还小。最珍贵的是,它还是一个“三维立体化石”,专家先用化学溶蚀法将它们剥离出来,然后放在最先进的大型科学装置同步辐射光源下观察,在不损害化石的情况下,能够观察到标本化石的三维“亚微米尺度”的结构。

记者看到,它们呈现不规则的杯状,动物的细胞组织结构也清晰易辨。专家们都惊叹它有相当精美的细胞结构、完好的水沟系统——真是一个“完美”的原始海绵化石。正是发现了这枚化石,让科学家们相信,6亿年前最原始的海绵已经出现了,而且海绵体动物的年龄也因此向前推进了6000万年。

探秘海绵用“水沟”吸微生物维生

仅有半粒米大小的最原始的动物,它们会走吗,怎么进食,怎么生活?殷宗军博士在扫描电镜下发现,这些“海绵体动物”,其表面的扁平细胞和现代海绵表面的扁平细胞,无论是细胞形态还是细胞之间的连接方式都十分一致。

而化石表面不同区域覆盖的细胞具有不同的形态和定向,细胞之间发育了数量众多的小孔,这些小孔直通有开口的腔室,和腔室一起形成了简单的“水沟系统”,为生物体提供了与外界进行物质交换的通道。专家们说,种种生物学特征表明,它与现代海绵动物有明显的不同,但是总体上非常相似。

专家们据此推测,6亿年前的海绵动物是不会行走的,它们固定附着在浅水区的海底,“猎食”的方式也是很原始和简单的,就是通过简单的水沟系统,鞭毛的运动产生水动力,靠着把吸进来的水中微生物滤食,以维持生命。

此海绵非日常用的海绵

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海绵动物的体型从极其微小到2米长都有,常在其附着的礁石上形成薄薄的覆盖层。海绵动物形态各异,块状、管状、分叉状、伞状、杯状、扇状……有的干脆叫不出什么形状。它们或色泽单一或十分绚丽。海绵动物门约有5000个物种,分为790属80科,从淡水到海生,从潮间带到深海,全世界都有分布。

海绵动物对人有用的仅仅是海绵的骨骼,如沐浴海绵,因为海绵质纤维较软,吸收液体的能力强,可供沐浴及医学上吸收药液、血液或脓液等用。其他有些种类纤维中或多或少地含有矽质骨骼,所以较硬,可用以擦机器等——但是这并不是我们日常用的海绵。

我们平常用来洗碗清洁、用作沙发垫子的海绵,是一种人造聚氨酯软发泡橡胶。聚氨酯是生活中最常见的一种高分子材料,广泛应用于制作各种“海绵”制品,以及避震、抗摩擦用途的弹性材料。

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(化石网报道)据科技日报(实习生 朱文杰 记者 张晔):可爱有趣的卡通形象“海绵宝宝”随着同名动画片风靡世界,可它并不是我们日常所接触的人工海绵,而是生活在海洋里的天然海绵。作为一种动物,天然海绵触感柔软并具有强吸水性,早在古罗马时期就进入人们的生活,用来在洗澡时清洁身体。

那么,“海绵宝宝”祖先在哪里?是不是也长着一个黄色长方形身体?海绵祖先在追溯地球动物起源的研究中有何价值?3月10日,《美国科学院院报》将以长文的形式发表中科院南京地质古生物研究所研究员、973项目首席科学家朱茂炎课题组的最新研究进展:在我国贵州瓮安生物群中发现了一枚6亿年前的原始海绵动物化石——“贵州始杯海绵”。这是迄今发现的全球最古老的海绵动物实体化石。

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,而只有细胞分化,因此在化石中识别海绵动物最理想的情况是找到保存了细胞结构和完整水沟系统的标本。此次发现“贵州始杯海绵”化石,体积为2—3立方毫米,十分微小,是保存细胞结构的三维动物成体化石,动物的细胞组织结构清晰易辨,而且能看到精美完好的水沟系统。

“这是海绵动物的典型特征,是在化石中识别海绵动物最理想的情况。”该研究的第一完成人、南京古生物所殷宗军博士告诉记者,前人也曾报道过一些前寒武纪地层中疑似的海绵化石,但由于缺乏相关特征,无法被确认为真正的海绵化石,而“‘贵州始杯海绵’很好地呈现了这些特征”。

1998年,瓮安生物群中首次发现动物胚胎状化石,但由于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胚胎的动物属性质疑声不断。随着“贵州始杯海绵”的发现,终于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。该发现不仅将海绵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,还意味着复杂的多细胞动物起源的时间可能远远早于古生物学家的传统推测。这一理论上的推测为在更古老的地层中发现动物始祖化石提供了依据,将指导科学家在溯源之旅中继续前行。

相关报道:中国科学家发现全球最古老原始动物化石

(化石网报道)据新华网南京3月10日电(王珏玢):10日发表于国际学术刊物的一项研究披露:中国科学家在贵州瓮安生物群中发现一枚6亿年前的原始海绵动物化石“贵州始杯海绵”。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,是迄今为止全球发现的最古老的可靠海绵化石。

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6千万年,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。

据中国科学院南京地质古生物研究所介绍,该院973项目首席科学家朱茂炎课题组完成了上述发现。该研究于3月10日以长文形式发表在《美国科学院院报》(PNAS)上。

该研究第一完成人殷宗军博士介绍,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。研究发现,这一生物是一种与现代海绵动物非常相似的原始动物。

据介绍,海绵动物是整个动物界中最原始的类群,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。

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,距今约6亿年。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实证材料。

距今6亿年前后的前寒武纪-寒武纪转换期是地质历史上最关键的时期之一。而破解动物起源之谜,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。“贵州始杯海绵”标本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,对了解动物起源和过程具有重要意义。

相关报道:贵州始杯海绵:瓮安生物群首个“成年”动物

(化石网报道)据新华社南京3月10日电(王珏玢):3月10日,《美国科学院院报》(PNAS)发表了中国科学家“贵州始杯海绵”化石研究进展。这枚形成于6亿年前的原始海绵动物化石,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。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。

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。在仅仅2-3立方毫米如“米粒”般微小体积上,其动物的细胞组织结构清晰易辨,完好的水沟系统保存精美,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”。

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)是地质历史上最为关键的时期之一。在这一时期,随着罗迪尼亚超大陆的裂解和冈瓦纳大陆聚合,大量生命繁衍需要的无机盐由此向海洋富集,与此同时,大气自由氧含量的上升使全球表层海水彻底氧化。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)。

动物的寒武纪大爆发作为一个客观存在的事实已被广泛接受,然而厚厚的前寒武系地层中却鲜有后生动物化石的踪影。这一现象早在达尔文时代就引发了人们的关注,近两百年来让地质学家和古生物学家感到困惑不已。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,早年甚至被宣扬为上帝创世的地质学证据,激发了人们更多的疑问:寒武纪大爆发因何发生?地球生命在经历了30多亿年的缓慢演化后为什么突然在寒武纪早期出现各种复杂的动物?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……

这些悬而未决的问题长期以来是古生物学和演化生物学研究的前沿课题。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,只是生命演化史上一次失败了的创新实验。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。

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