多细胞真核生物何时诞生？2024年1月24日，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”团队在《科学进展》杂志发表最新研究成果，报道了华北燕山地区16.3亿年前地层中发现多细胞真核生物化石。这些化石是迄今全球发现最早的多细胞真核生物化石记录，将其出现的时间提前了7000万年。
科学家探寻“生命演化迈出关键一步”的证据
草履虫大概是最有名的“单细胞动物”，不仅初中生物课本上提到，网友也经常将“草履虫”作为形容词，嘲讽做事不动脑子的人。从科学意义上讲，从单细胞向多细胞演化，确实意味着生命形态更为复杂，能实现更丰富的功能，这是实现生命大型化的必备条件，也被认为是生命演化史上的重大关键事件之一。然而，对于多细胞真核生物在地球诞生的时间，科学界始终未获得明确答案。
已知化石证据表明，简单的微体多细胞真核生物在距今10亿年左右的地层中已经出现，并开始多样化，包括红藻、绿藻和真菌化石等。而在更古老地层中曾经报道过的“多细胞真核化石”，因缺乏细胞结构、复杂形态等生物学证据，它们的多细胞特征和真核生物属性均存在很大的不确定性，受到普遍怀疑。
2016年，朱茂炎团队联合中国地质调查局天津地质调查中心研究员朱士兴等国内外同行，在《自然通讯》杂志报道了燕山地区发现距今15.6亿年前的宏体多细胞真核生物化石。这一发现突破了学界以往的认知，不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间从以前认为的6亿年前提前了将近10亿年，并由此推断真核生物发生多细胞化的时间应该更早。
为了论证这一推断，团队成员苗兰云在读博士时，就将此作为研究课题，致力于从燕山地区“长城系”地层中寻找多细胞真核化石记录。该地层的时代早于16亿年前，若能找到目标化石，则意味着真核生物发生多细胞化的时间将前移。
近8年时间，苗兰云对燕山地区多个剖面点上采集了数百件长城系页岩样品，终于在河北省宽城县翁家庄剖面长城系串岭沟组上部，发现了本次报道的微体多细胞真核生物化石。该地层顶部的火山凝灰岩的放射性同位素年龄为16.35亿年，这意味着新发现的生物化石生存在更早的年代。
从石头里找出“细如发丝”的化石有多难？
此次发现的化石标本一共278枚，它们是由单列细胞组成的无分枝的丝状体，丝状体直径20~194微米不等，最长可达860微米。因保存不完整，完整的丝状体长度未知。这些化石底有多细小？人的头发直径约为90微米，化石差不多是“细如发丝”。
通常，大型化石处理相对简单，科研人员可以用气动笔将化石从岩石中分离出来。而这种微体化石，要通过氢氟酸和盐酸等实验处理，让酸液溶蚀掉各种矿物，再用显微镜从“残渣”里面寻找化石。氢氟酸具有强烈腐蚀性和毒性，科研人员使用时要分外小心，哪怕是细小的液滴飞溅出来，都很容易造成伤害。因此，实验的每一步操作都有严格规范。这样枯燥而危险的工作，苗兰云做了8年。她笑言：“这8年也会焦虑，因为对地球早期生命演化很感兴趣，即使出成果比较慢，我仍然会选择继续坚持，做科研就得沉下心。”
导师朱茂炎研究员对她称赞有加：“想要获得突破性的科研成果，得有‘长期主义’的态度。”随着研究工作深入，这些化石的形象逐渐清晰。丝状体形态各有不同，有些丝状体直径保持不变，细胞呈短柱状至长柱状；有些丝状体整体向一端均匀收缩，细胞呈柱状、桶状或杯状；而有的丝状体仅一端变细，其余部分直径不变。
通过形态测量分析，结果显示不同类型的多细胞丝状体在形态上呈现连续过渡变化的特征，表明它们属于同一个物种。由于与前人在燕山中部天津蓟县地区串岭沟组页岩切片中报道的“壮丽青山藻”化石形态和大小相似，本次研究将其归入同一个属种。
当初的研究者将这些化石解释为原始绿藻，或许因为化石图片不清晰，生物学解释的证据不够充分，故自1989年报道以来并未引起国内外同行的关注。此次研究中一个重要的新发现是，壮丽青山藻的部分细胞内含有直径约15~20微米大小的圆形结构，位于细胞的中间或接近横向细胞壁的位置。圆形结构形态完整规则，质地均匀，大小和形态上可与现生的某些真核藻类的无性孢子类比，被解释为一种繁殖细胞。由此可见，壮丽青山藻是一种通过孢子繁殖的生物。
“壮丽青山藻”很可能是现今藻类先祖
各种证据表明，“壮丽青山藻”是多细胞真核生物，那它是不是现今各种动植物、真菌的共同祖先呢？研究人员表示，动物、陆生植物和真菌，它们属于真核生物的不同类群，它们的多细胞化都是各自独立起源的。综合分析表明，一些现生绿藻的藻丝体形态、细胞大小分布和繁殖方式等与壮丽青山藻最为接近。尽管目前无法将其归属到具体现生门类中去，但它很可能属于多细胞藻类。
目前学界普遍接受的真核生物最早化石记录，是我国华北和澳大利亚北部距今约16.5亿年之前的古元古代晚期地层。壮丽青山藻的出现时间仅仅稍晚于这些最古老的单细胞真核化石，表明真核生物出现之后便迅速发生了复杂的多细胞化演化。
研究人员表示，由于真核藻类（泛色素体植物）属于冠群真核生物（现代真核生物）的一个支系，如果壮丽青山藻可以确认为是营光合作用的真核藻类，那么真核生物最后共同祖先（LECA）应不晚于16.3亿年之前的古元古代晚期，比当前学界普遍接受的时间提前了近6亿年之久，且与分子钟推算的时间基本吻合，为进一步揭示复杂生命的起源和早期演化过程的奥秘以及元古宙地球环境演变提供了新的思考。
哈佛大学教授Andrew Knoll和中国科学院深海科学与工程研究所研究员屈原皋参与了此项研究。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院创新交叉团队的联合资助。
现代快报/现代+记者 是钟寅
（图片来源：中国科学院南京地质古生物研究所）
