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貴州發現海綿化石證明6億年前地球已現原始動物

　　3 月10 日，《美國科學院院報》（PNAS）以長文的形式在線發表了南京古生物所研究員、973 項目首席科學家朱茂炎課題組的最新研究進展：在我國貴州瓮安生物群中發現了一枚6 億年前的原始海綿動物化石—— “貴州始杯海綿” （Eocyathispongia qiania）。這一化石十分微小，體積只有2-3 mm 3，但保存了精美的細胞結構和完好的水溝系統，是迄今為止全球發現的最古老的可靠海綿化石的記錄。該發現不僅將海綿動物在地球上出現的實證記錄從寒武紀向前推進了6 千萬年，還意味著複雜的多細胞動物起源的時間可能遠遠早於古生物學家的傳統推測。美國《科學》（Science）雜誌對該進展進行了報導。

　　瓮安生物群產自貴州甕福磷礦採區埃迪卡拉紀陡山沱組上部，主要由立體保存的多細胞藻類、大型帶刺疑源類和後生動物胚胎等多種化石組成。其中的動物胚胎化石作為迄今最古老的後生動物化石記錄，為研究動物在寒武紀大爆發之前的起源和早期演化歷程提供了獨一無二的實證材料，受到全球科學界的極大關注。但遺憾的是，瓮安生物群中發現大量動物胚胎化石的同時卻缺乏可信動物成體化石，故一些西方學者對這些胚胎的動物屬性提出了質疑，他們認為這些處於細胞分裂階段，分裂形態和大小類似動物胚胎的球狀化石也有可能是硫細菌、原生生物或者團藻類綠藻。最近南京古生物所袁訓來研究員課題組發現，瓮安生物群中一類球形化石有營養細胞和生殖細胞的分化，並且缺乏明顯的細胞壁。這些證據徹底否定了它們是硫細菌、原生生物或團藻的可能，認為這些胚胎狀化石確鑿無疑是多細胞真核生物，有可能是某種基幹類群動物，或者是某種多細胞藻。但是這一研究沒有解決瓮安生物群中到底是否存在動物化石這一受普遍關注的核心問題。

　　那麼瓮安生物群中究竟有沒有動物呢？朱茂炎帶領的國際科研團隊通過採用新的技術手段進行了大量的化石標本調查，在這一科學難題的研究上取得了新進展，在瓮安生物群中發現了一枚保存完好的“貴州始杯海綿”。“貴州始杯海綿”是保存細胞結構的三維動物成體化石，不是胚胎期化石，動物的細胞組織結構清晰易辨，終於使得瓮安生物群中是否有真正的動物化石這一疑問有了一個肯定的答案。

　　“貴州始杯海綿”化石是以磷酸鹽化的形式呈三維立體的狀態保存在白雲質磷塊岩中。論文第一作者殷宗軍博士等通過使用化學溶蝕法將白雲質圍岩剝離後得到了完整的化石標本，然後藉助大型科學裝置同步輻射光源，使用目前最先進的三維無損成像方法—— 相位襯度顯微斷層成像技術，重建了該化石標本的三維結構。結果顯示化石整體外觀呈纏繞的管狀，由三個獨立的腔室共用一個實體基座組成，每一個腔室都有一個向上的開口。配合掃描電鏡觀察，發現標本保存了精美的細胞結構。同步輻射技術和掃描電鏡觀察均表明生物體已經發生了明顯的細胞分化，而且標本表面的扁平細胞和現代海綿表面的扁平細胞無論是細胞形態還是細胞之間的聯接方式都十分一致。化石表面不同區域覆蓋的細胞具有不同的形態和定向，細胞之間發育了數量眾多的小孔，這些小孔直通有開口的腔室，在腔室內壁上還發現了類似現代海綿的領細胞結構。這些小孔和腔室一起形成了簡單的水溝系統，為生物體提供了與外界進行物質交換的通道。以上這些生物學特徵表明它是一種與現代海綿動物非常相似的原始動物，固著在淺水區的海底通過簡單的水溝系統進行濾食生活。

　　海綿動物是整個動物界中最原始的類群，它們沒有真正的組織和器官，而只有細胞分化，因此在化石中識別海綿動物最理想的情況則是找到保存了細胞結構和完整水溝系統的標本。“貴州始杯海綿”的發現恰恰滿足了這一要求，精美保存的細胞和完整的水溝系統使得該標本成為目前為止最古老的海綿化石，其發現將海綿動物的化石記錄向寒武紀之前推進了6 千萬年。結合現有的動物譜系樹和分子演化生物學（分子鐘）的推斷，該發現預示著一些與這類海綿動物有共同祖先，但形體更複雜的真後生動物在瓮安生物群中也應該出現，而所有動物的共同祖先則遠早於6 億年前。這一理論上的推測為在更古老的地層中發現動物始祖化石提供了依據。

　　本項研究由科技部重大基礎研究計劃（973 項目2013CB835000 ），中科院重點部署項目（KZZD-EW-02-2 ），國家自然科學基金委員會（41302003 ）和現代古生物學和地層學國家重點實驗室聯合資助。

　　論文相關信息：Yin ZJ, Zhu MY, Davidson EH, Bottjer DJ, Zhao FC, Tafforeau P. Sponge grade body fossil with cellular resolution dating 60 Myr before the Cambrian. PNAS .

美國《科學》雜誌報導：Oldest known sponge pushes back date for key split in animal evolution

貴州始杯海綿模式標本

貴州始杯海綿。 ae,h,掃描電鏡照片，fg，同步輻射數字切面，f切面在標本中的位置見圖二e中的標記

貴州始杯海綿的同步輻射三位無損重建。 ae，不同角度的視圖；a1-c1分別是ac的數字切面

現代海綿動物的解剖學結構特徵。A，具有簡單的單溝系水溝系統的海綿解剖示意圖，箭頭指示水流方向。B,海綿形態學和解剖學特徵
http://www.nigpas.cas.cn/xwzx/kyjz/201503/t20150310_4319781.html

2015-3-13 08:56 AM