圆盘状碳质化石是前寒武纪最常见的化石类型之一，最早可至古元古代晚期，然而它们的生物学属性一直存在争议。近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎领导的“地球-生命系统早期演化”团队对华北燕山地区15.6亿年前高于庄组中的一类圆盘状化石进行了综合研究，结果表明这些化石是具有规则形态的微生物膜，而非此前所认为的多细胞真核生物。相关成果近期发表在国际学术期刊《地质学会杂志》（Journal of the Geological Society）上。
与具有规则重复性形态的带状化石和具分枝和固着器分化的碳质化石不同，由于形态简单且缺少关键特征，前寒武纪圆盘状化石的生物学属性和成因长期存在争议。根据内部结构或有机质成分等特征，它们常被认为是多细胞真核生物或多核体真核生物（如Churaia）、原核生物（如Beltanelliformis），以及非生物成因的沉积构造。
燕山地区的高于庄组不仅含有脉冲增氧事件的地质记录，还有已知最早的宏体多细胞真核生物化石和丰富的微体化石，是研究地球早期生命演化的重要窗口。在此前的研究中，高于庄组中的圆盘状化石被鉴定为圆形的Parachuaria和椭圆形的Parashouhsienia两属，而且被认为是与新元古代的圆盘化石Chuaria类似的多细胞真核生物。但考虑到两者时代相差近6亿年，而且缺乏多细胞证据，因此该解释存在很大不确定性。
本研究对高于庄组三段地层中采集到的466个圆盘状化石进行了形态测量统计、显微观察和矿物成分分析。它们表现出一个连续的数毫米至数厘米，以及从圆形至椭圆形的形态范围；纵切面均为透镜状；内部表现为明暗交替的近似平行的纹层状结构，但并未发现细胞结构。纹层由白云石、粘土矿物、有机质、以及少量石英和云母等矿物组成。矿物在纵向上规律性分布，细小片状矿物（如粘土矿物）在水平方向上定向排列。这些特征均表明高于庄组的圆盘状化石不仅具有相同的成因，而且很可能是某种特殊的微生物膜（microbial biofilm）构造，是与微生物席和叠层石类似的微生物群落而非多细胞生物个体。
微生物膜是现代微生物学中的一个术语，是指由一种或多种微生物及其胞外基质组成的集合体，有些微生物膜可以形成圆形、树枝状、线状、花瓣状等形态规则的肉眼可见的宏观结构。在一些环境中，细胞外基质中也可能存在矿物、粘土、淤泥等物质。微生物膜在地球历史早期可能分布很广，可以为微生物提供更适宜生存的微环境，有助于其在极端环境中存活。
高于庄组的圆盘状化石表明，具有规则形态的宏观微生物膜也有潜力被保存为古生物化石。因此，对于前寒武纪一些简单且具有规则形态的宏体化石来说，并不能仅仅根据大小来判断是否为多细胞生物，还要综合其他方面的证据。
本研究得到了科技部国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的共同资助。
论文相关信息：Chen, K., Miao, L., Zhao, F., & Zhu, M. (2024). Discoidal carbonaceous compressions from the early Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation: a fossil example of microbial biofilm. Journal of the Geological Society, 181(4), jgs2024-005. https://doi.org/10.1144/jgs2024-005.
高于庄组中的圆盘状碳质化石
圆盘状碳质化石的纵切面
圆盘状碳质化石的元素分布
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