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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
2014-09-25 | 编辑: | 【

  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、周传明研究员等的指导下,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2014925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 

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

图 1 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。

图 2 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。

图 2 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。

图 3 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。

图 3 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。





 
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