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贵州瓮安陡山沱组动物胚胎状化石细胞分化研究取得重要进展
2014-09-26 12:11:18   来源:化石网   评论:0 点击:

胚胎化石(Megasphaera)的早期发育阶段。(a) 单个细胞期;(b) Parapandorina期; (c–h) Megaclonophycus期。包含细胞分裂结构的Megaclonophycus状化石。显示内部细胞开始出现分化现象。包含多细胞结构



胚胎化石(Megasphaera)的早期发育阶段。(a) 单个细胞期;(b) Parapandorina期; (c–h) Megaclonophycus期。



包含细胞分裂结构的Megaclonophycus状化石。显示内部细胞开始出现分化现象。



包含多细胞结构(套娃结构)的Megaclonophycus状化石,显示细胞分化并持续分裂生长,在球体内部形成细胞团。

(化石网报道)据中国科学院南京地质古生物研究所:产自我国贵州埃迪卡拉系陡山沱组磷块岩中约6亿年前的瓮安生物群是研究多细胞真核生物早期演化的一个重要窗口,其化石以磷酸盐化的形式保存了精美的细胞结构。1998年,有两篇独立完成的有关瓮安生物群的文章同时在英国《自然》(Nature)和美国《科学》(Science)杂志上发表,其中《自然》文章将瓮安生物群中的一类以等体积细胞分裂(细胞数以2n的级数增加,细胞总体积不变,单个细胞体积呈指数递减)为特征的球状化石解释成动物胚胎化石。自此以后,它们一直受到演化生物学家和古生物学家的高度关注,如果这些动物胚胎化石证据确凿,那么它们不仅为我们提供了最古老动物化石证据,也为揭示早期动物起源模式提供了新思路。

通过酸蚀法从灰色磷块岩中得到的三维保存化石是以往研究中的主要材料来源,虽然这些胚胎状化石保存精美,但结构简单,因此,有关它们的亲缘关系一直争议不断,如属于何种动物的胚胎?属于动物还是藻类?甚至于有学者认为它们属于原生动物,中生粘菌虫(mesomycetozoean),或硫细菌。

近日,南京古生物所早期生命研究团队的博士研究生陈雷和庞科,在导师袁训来研究员、周传明研究员与以及“千人计划”专家肖书海教授的指导下,另辟蹊径,选取了以前容易被人们忽视的黑色硅质磷块岩,磨制岩石薄片进行镜下观察。此种传统的研究方法虽然得到的是二维平面保存的化石,但是却能保存更精美的细节。

研究人员通过近千余片薄片观察,发现了数百余枚保存了内部微细结构的动物胚胎状化石。这些化石内部不仅具有以前报道的内部细胞分裂特征,内部细胞从1个至2n的球体都有发现,而且更重要的是,发现了以前从未见过的内部细胞具有分化的特点。从薄片中可以观察到,这些球状化石内部细胞分裂到数百个之后,出现了营养细胞和繁殖细胞的分化,并且繁殖细胞包裹在一个囊壳内,一直进行细胞分裂和生长,细胞数达到了数百数千个。这一特点显示了,以前文献中解释成节肢动物、腔肠动物、软体动物和海绵动物等冠群动物(crown group)的胚胎,以及团藻、中生粘菌虫、原生动物和硫细菌的说法都值得怀疑。从现在新发现的材料可以做出推断的是:它们确切地属于有细胞分化的多细胞真核生物,有可能是某种基干类群(stem group)动物,或者某种多细胞真核藻类。关于这类化石的研究还远未停止,未来的研究需要更多的证据才能做出更为明确的解释。

本项研究由科技部重大基础研究计划、国家自然科学基金委员会和中国科学院联合资助。相关成果于2014年9月25日在线发表在英国《自然》杂志上。

论文信息:Lei Chen, Shuhai Xiao*, Ke Pang, Chuanming Zhou & Xunlai Yuan*. 2014. Cell differentiation and germ-soma separation in Ediacaran animal embryo-like fossils. http://dx.doi.org/10.1038/nature13766

相关报道:南京专家发现6亿年前神秘生物 爱在海面晒太阳

(化石网报道)据现代快报(胡玉梅):6亿年前,一群古怪的生物漂浮在海面上……这种生物是什么?中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队的博士生陈雷和庞科,在导师袁训来研究员、周传明研究员、肖书海教授的指导下,从贵州瓮安的黑色化石中,发现了细胞分裂演变的变化,推测它们可能是动物祖先的“祖先”。这一研究成果,昨天在线发表在英国《自然》杂志上。

普通石头?生物化石

当陈雷把他们研究的化石端出来的时候,大家都很诧异:那不就是普普通通的石头吗?有灰色的,有黑色的……

“不要说你们记者,我们老一辈科学家,也曾经把它们误会成了一般的岩石颗粒。”袁训来解释,大约在1990年前后,在电子显微镜扫描下,岩石中的古生物化石才现形,可以看到很多细胞结构。

由于灰色化石颗粒比较明显,过去,古生物学家们都把视线集中在它身上。“灰色的化石,切成透明薄片后,看到的是细胞外面的膜,里面的结构已经没有了。”那么,黑色化石,会不会有不一样的发现?袁训来决定让陈雷把黑色化石打开看看。和灰色化石相比,黑色化石是硅质的,切成薄片后,借助显微镜,不仅可以看到细胞外面的膜,还能看到里面非常精细的结构。

营养细胞会主动牺牲

陈雷把化石打磨成只有30微米~50微米厚的薄片,一共切了上千块。3年时间里,陈雷他们观察这些化石,发现一个非常有趣的现象,这个生物的部分细胞会逐步分化形成繁殖体,部分营养细胞还会主动牺牲自己,以腾出空间保证繁殖体长大。

陈雷展示了显微镜观察到的化石发育演化图,“开始,是一个‘受精卵’,而后,胚胎不断发育,到内部细胞分裂成数百个后,开始出现营养细胞和繁殖细胞。繁殖细胞包裹在一个囊壳内,一直进行细胞分裂和生长,不断壮大,而营养细胞甚至还会主动牺牲自己。”

是动物祖先的祖先,还是藻类?没定论

“这个生物非常奇怪,和现今的虾类、水母、螺、河蚌等生物早期胚胎的发育完全不一样。”袁训来说,这个生物细胞分裂只有几百个的时候,就出现了繁殖细胞和营养细胞的分化,而现今的动物中,都是性成熟之后才出现这样的分化。

那么,它是什么?“这个神秘的生物,属于多细胞真核生物,已经具有了细胞分化和细胞凋亡等较高等的特征,可能是最最原始的干群动物,也就是动物祖先的祖先。”不过,这个生物也可能跟动物没关系,是一类早已灭绝的海藻。

它们的生活方式如何?陈雷说,6亿年前的贵州瓮安,是一片广阔的海域。当时海洋里的氧含量还没有现在高,但海洋生物已经繁育。在浅海区,这种球状生物漂浮在海面上,晒着太阳,过着惬意的日子。但是它们的生命周期多长,它们怎么吃喝,还不得而知。袁训来说,这次研究对于生命的演化具有科学意义,但这类生物究竟是动物还是藻类,有待进一步研究。

相关报道:中国科学家发现6亿年前动物胚胎状化石具细胞分化新证据

(化石网报道)据新华网南京9月26日电(肖琼琼):英国《自然》杂志近日发表了中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队博士研究生陈雷和庞科的研究成果,该研究在距今约6亿年前的动物胚胎状化石中发现了细胞分化的新证据,为研究多细胞生物的早期演化提供了新的材料。

近年来,陈雷及研究团队在贵州瓮安埃迪卡拉系陡山沱组的黑色磷块岩中发现了数百枚保存了内部微细结构的动物胚胎状化石。研究发现这些化石已经发生了细胞分化,属于较复杂的多细胞真核生物。

据陈雷介绍,这些胚胎状化石内不仅展示了内部细胞正在分裂的特征,还出现了营养细胞和繁殖细胞的分化,并且繁殖细胞包裹在一个囊壳内,形成一个小的繁殖体结构,其直径会随着其内部的细胞数目持续增多而相应的增长。与此同时,部分营养细胞会自发性地牺牲自己,为繁殖体腾出生长的空间。“这种生物非常奇特,在几百个细胞时就发生繁殖细胞和营养细胞的分离以及细胞程序性死亡,与冠群类动物的胚胎有着明显的差异,更有可能是一类干群动物或者某种藻类。”

据了解,这一研究推翻了十几年来将该动物胚胎状化石认定为节肢动物、软体动物等冠群动物的胚胎这一说法。“以前的研究,主要是把从灰色磷块岩中酸蚀出的立体保存化石作为对象,而我们另辟蹊径,选取了以前容易被人们忽视的黑色硅质磷块岩,磨制出厚度在30-50微米的薄片共1000多片,逐一进行观察。”陈雷说,这种薄片保存了化石内部更多、更精美的细节,因而获得了不一样的发现。

下一步,陈雷等人将还原出此类奇特生物的整个生命周期,并提出更多更确信的证据来揭开这些化石的秘密。

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(化石网报道)据南报网(记者 毛庆 通讯员 陈孝政):6亿年前的海洋浅水区,生活着一群古怪的生物,它们的个头不到1毫米,漂浮在海面上……他们到底是动物还是植物?古生物学界一直争论不断。3年来,中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在贵州发现这种生物化石并进行切片分析,发现了其中的细胞分裂演变,推测它们可能是动物共同祖先的“祖先”,也就是老祖宗,但也不排除是远古野生藻类植物的可能。这一研究成果,今天在线发表在英国《自然》杂志上。

今天(9月25日),团队成员陈雷向记者展示了小小的胚胎化石。它看上去就像是普通岩石上面的细小颗粒,比针尖大不了多少,但是在显微镜下,这些颗粒物中间竟然有奇妙的细胞结构,一块巴掌大的化石上,这种胚胎细胞有成千上万个。

经过了6忆年,这些胚胎为何没有腐烂?专家解释,新鲜的枣子容易烂,但经过糖水浸泡后制成蜜饯就可以长久保鲜,经过推测,这些胚胎可能一来到世上,很快被磷酸钙类的物质包裹,时间一久,这些胚胎变成了石头,从而得以保存下来。

对古生物专家来说,这些胚胎究竟是“谁”更有研究价值。南京古生物专家将这些胚胎化石打磨成几微米大小,变成磨得透光的薄片,进行内部细节的分析观察。通过对上千个这样薄片的研究,扫描了数百万个的胚胎细胞,终于在化石里发现了胚胎初步分裂时的样子,当胚胎的球状化石内部细胞分裂到数百个以后,还出现了营养细胞和繁殖细胞的分化。

这些胚胎究竟是谁留下的?专家将其和现生动物、藻类比对,发现它和我们现存的任何一类生物都不吻合。“可以确定的是,它们属于多细胞真核生物,如果是动物,也是一种最最初级的动物,也就是动物的老祖宗。还有一种可能是地质史上曾经出现现在又灭绝的奇特多细胞真核藻类,因为两者有一定的相似之处。”

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(化石网报道)据中国江苏网9月25日(赵筱青):产自我国贵州埃迪卡拉系陡山沱组磷块岩中约6亿年前的瓮安生物群是研究多细胞真核生物早期演化的一个重要窗口,其化石以磷酸盐化的形式保存了精美的细胞结构。利用3年的时间,中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在贵州发现这种生物化石并进行切片分析,发现了其中的胚胎细胞分裂演变,推测它们可能是动物共同的祖先,但也不排除是远古野生藻类植物的可能。这一研究成果,今天在线发表在英国《自然》杂志上。

今天,团队成员陈雷向记者展示了胚胎化石。它看上去就像是普通岩石上面的细小颗粒,比针尖大不了多少,但是在显微镜下,这些颗粒物中间竟然有奇妙的细胞结构,一块巴掌大的化石上,这种胚胎细胞有成千上万个。

南京古生物专家将这些胚胎化石打磨成几微米大小,变成磨得透光的薄片,进行内部细节的分析观察。通过对上千个这样薄片的研究,扫描了数百万个的胚胎细胞,终于在化石里发现了胚胎初步分裂时的样子,当胚胎的球状化石内部细胞分裂到数百个以后,还出现了营养细胞和繁殖细胞的分化。

这些胚胎究竟是谁留下的?专家将其和现生动物、藻类比对,发现它和我们现存的任何一类生物都不吻合。“从现在新发现的材料可以做出推断的是,它们确切地属于有细胞分化的多细胞真核生物,有可能是某种基干类群(stem group)动物,或者某种多细胞真核藻类。关于这类化石的研究还远未停止,未来的研究需要更多的证据才能做出更为明确的解释。” 专家如是说。

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