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瓮安生物群动物胚胎化石研究的新进展
2009-12-21 | 编辑: | 【

以我所陈均远研究员为首的国际科学小组利用同步辐射相衬显微CT技术研究了两颗保存精美且有极性分化的胚胎化石,相关成果不久前发表在美国科学院院报(PNAS)上(Complex embryos displaying bilaterian characters from Precambrian Doushantuo phosphate deposits, Weng’an, Guizhou, China. PNAS, 2009, 45(106): 19056–19060)。这是该科学小组继2004年和2006年在Science上分别报道最古老的“两侧对称动物小春虫化石”和“具极叶的动物胚胎化石”以来,为论证5.8亿年前的瓮安生物群中已经存在两侧对称动物添加的又一力证!

包括人类在内的复杂多细胞动物的始祖究竟是什么时候开始出现在地球上的呢?这是目前科学界最引人入胜同样也是人们知之甚少的重大科学问题之一。虽然分子生物学家使用分子钟对此进行过许多推测,但不同的分子钟测算的结果差异较大,且因为缺乏相应的化石记录来佐证而未能给出令人满意的答案。瓮安生物群中成吨产出的动物胚胎化石为解决这一难题带来了新的机遇。被磷酸盐化后以三维立体的形态保存在贵州瓮安埃迪卡拉纪陡山沱组的动物胚胎化石是迄今为止地球上最古老的后生动物化石记录,给科学家实证研究后生动物尤其是两侧对称动物的起源和早期演化提供了独一无二的材料。然而,瓮安生物群中绝大部分动物化石处在囊胚期之前的卵裂阶段,囊胚期之后的化石稀少,成体化石更难觅踪影,故曾有学者认为,瓮安生物群中动物胚胎在细胞增长到成百上千的数量时仍然没有分化,缺失原肠胚期及之后的阶段。并由此断定它们代表了早期后生动物的基干类群,真正的海绵动物以及更高等的后生动物在瓮安生物群中可能并不存在。虽然该观点与分子钟的预测相左,但瓮安陡山沱组动物化石记录的偏差使得该观点长期存在。

陈均远等人使用目前最为先进的同步辐射X射线相衬显微CT技术,对新发现的两颗胚胎化石进行了三维结构重建。三维重建结果显示这两颗胚胎化石已经开始了细胞的迁移和分化,并在此基础上产生了极性,即出现了前后轴、背腹轴和左右轴。这些显著生物学特征表明它们与两侧对称动物有着十分密切的亲缘关系。值得指出的是,这两颗胚胎化石在细胞迁移和重排的过程中采用了完全不同的机制,暗示两者可能来自不同的分类群,说明两侧对称动物不仅仅在新元古代就已经出现,而且有了相当程度的分化,这为了解寒武纪大爆发之前后生动物的演化历程提供了重要线索。

瓮安生物群动物胚胎化石研究的新进展

三维重建的胚胎化石







 
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