寒武纪早期宽川铺生物群是显生宙最早的磷酸盐化特异埋藏微体化石库。其以产出大量磷酸盐化软躯体动物及其胚胎化石而闻名于世，为重建寒武纪大爆发初期海洋生态系统提供了关键埋藏窗口。然而，前人的研究大多聚焦于软躯体动物和动物胚胎化石，而忽视了非动物化石的研究。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员殷宗军带领联合研究团队在宽川铺生物群中发现了一种具有体细胞和生殖细胞分化的球状真核生物化石。研究结果为理解宽川铺生物群化石组合面貌和寒武纪大爆发初期的生态系统复杂性提供了新信息。相关成果发表在英国学术期刊《古生物学》（Palaeontology）上。
宽川铺生物群中球状化石有较高的多样性和丰度，很多球状化石包括著名的橄榄蛋类、假球蛋和古球蛋类都被解释为动物胚胎或者动物休眠卵。然而这些球状化石很可能包含了亲缘关系迥异的多元类群。
此次科研人员新发现的球状化石大小和古球蛋相差无几（直径范围450-950微米），表面也具有类似古球蛋的瘤状突起装饰。但与典型的古球蛋化石不同，它们的一极发育了由一串圆形小坑环绕的圆形区域，直径在200-400微米左右。该圆形区域内不发育瘤状突起，但发育了数量不等的椭圆形凹坑，单个凹坑长轴在40-60微米左右。这些凹坑形态规则且排列紧凑。研究人员根据其形态特征，将其命名为凹坑球蛋（Concavaesphaera ornata）。
研究采用了高精度显微断层成像技术（microCT）重建了凹坑球蛋化石的内部结构，发现了多个不同发育阶段的标本。其中，非生殖阶段的标本内部充满尺寸均一的球状体细胞，而处于生殖阶段的标本除了较小的体细胞外，在标本外周缘还发育了多个袋状囊腔；每个囊腔有一个圆形开口通向体外，而每个囊腔内部发育了一个较大的带表面装饰球状生殖细胞。
体数据定量统计分析表明，生殖阶段标本中囊腔的体积是随着生殖细胞体积的增大而增大。在生殖细胞尚未发育成熟时，囊腔的开口较生殖细胞小，待生殖细胞发育成熟时，囊腔开口增大，生殖细胞通过开口释放到体外，开启个体发育的下一个周期。
此次发现的凹坑球蛋是一类发育了具装饰囊包且有体细胞和生殖细胞分化的球状真核多细胞生物。从观察到的生物学组合特征看，它与后生动物之间的亲缘关系相距甚远，也不太可能是真菌或者有胚植物的近亲。
凹坑球蛋展示的生殖机制和多细胞复杂性可以与现代团藻科团藻属的多细胞绿藻对比。不过需要指出的是，凹坑球蛋和团藻属之间也有一些明显的差异，比如后者不发育带装饰的囊包，且体细胞均分布于个体周缘而不是在内部。考虑到团藻属并非单系类群，且起源的时间较晚（分子钟估算认为它们起源于三叠纪之后），研究人员认为凹坑球蛋并非团藻属的直系祖先，而更可能是一类已经灭绝的真核藻类，代表了藻类多细胞化在寒武纪早期的一次独立尝试。
这一发现不仅表明地质历史时期真核生物多细胞化独立起源的次数可能远远超过前人预估，还为理解寒武纪初期真核生物多样性及海洋生态的系统复杂性提供了新的信息。
论文第一作者为南京古生物所和北京大学联合培养博士生刘威。本研究得到了科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。南京古生物所吴素萍提供Micro-CT实验技术支持，高嘉华绘制了凹坑球蛋生活周期示意图。
相关论文信息：Wei Liu, Zongjun Yin*, Bin Pang, Bing Shen, Lin Dong, Guoxiang Li. 2023. Germ-soma differentiation and reproduction in a new species of early Cambrian acritarch. Palaeontology, e12687. https://doi.org/10.1111/pala.12687.
凹坑球蛋的形态结构和表面装饰
凹坑球蛋的内部细胞分化特征
凹坑球蛋的内部细胞分化特征
凹坑球蛋的发育过程及其与团藻属生殖过程对比
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