動物是如何起源的?這是長久以來困擾古生物學家和演化生物學家的重要科學問題。

6億年前的貴州甕安生物群中，有許多小不點化石，肉眼幾乎難以看見，其中有一類胚胎狀化石表面長有奇怪的螺旋狀線圈，這到底是一種什么樣的生物?

6月13日在線發(fā)表于美國《科學》雜志子刊《科學進展》上的一篇論文，揭開了甕安旋孔蟲的奧秘。中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所牽頭的國際團隊，通過高分辨率顯微CT和同步輻射顯微斷層成像技術(shù)，對這類化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了研究，最終破解了其身世之謎。

不足毫米大的化石長著螺旋線圈

甕安生物群位于貴州甕安埃迪卡拉系陡山沱組含磷地層，通過磷酸鹽化方式，6億年前的化石得以完整地保存下來。

這些化石被稱為動物世界的黎明，科學家認為它們是已知地球最古老的生物。其中有大量毫米級的小不點化石，關(guān)于它們的身份，長期以來學界有各種假說，但均沒有足夠的證據(jù)證實。

2006年，科研人員在甕安生物群發(fā)現(xiàn)有一類胚胎狀化石，其表面上長有奇怪的螺旋狀線圈，于是將其命名為甕安旋孔蟲。甕安旋孔蟲呈球形，發(fā)育了類似常見的甕安胚胎狀化石大積球類帶裝飾的囊包，囊包上還發(fā)育了一條從一極延伸至另一極的螺旋狀線圈。

有人認為它們是刺胞動物原腸胚、八臂仙母蟲的胚胎、綠藻、動物單細胞近親等。也有學者認為它們是獨立的物種，是單細胞的有孔蟲。

中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所研究員殷宗軍告訴科技日報記者，甕安生物群中胚胎狀化石還有大積球、旋胞類、籠脊球等好幾種，均發(fā)育了相似的帶裝飾的囊包。

2019年11月，中科院南京地質(zhì)古生物研究所曾經(jīng)發(fā)布論文稱，在甕安生物群找到了距今6.1億年的籠脊球化石，為揭開動物起源之謎提供了重要線索。專家打比方說，把地球上出現(xiàn)的第一個動物比喻成“雞”，如果存在著復雜胚胎發(fā)育機制的“蛋”，那么籠脊球化石就是那個“蛋”。

小不點化石能否揭開動物起源之謎

長久以來，由于最早的動物化石記錄難覓蹤跡，動物起源領(lǐng)域一直是演化發(fā)育生物學的理論研究占據(jù)主導地位，直到埃迪卡拉紀甕安生物群中發(fā)現(xiàn)了大量動物胚胎狀化石后，這一局面才開始發(fā)生變化。

過去，甕安生物群中胚胎狀化石的生物學屬性一直充滿爭議，但近幾年的研究進展對這些化石的認識逐漸趨向了一致：它們當中一些類群可能代表了最早的動物(包括干群動物)，而另一些可能代表了動物的單細胞近親。

盡管很難確認哪些是動物，哪些是動物單細胞近親，但將這些胚胎狀化石放置在動物總界范圍內(nèi)是沒有爭議的。因此，這些在細胞層級上保存了不同發(fā)育階段的標本，使得古生物學家通過化石記錄檢驗演化發(fā)育生物學家提出的動物起源模型成為可能。

殷宗軍告訴記者，想要知道動物如何起源有兩種途徑：一種是演化發(fā)育生物學理論推測，即從分子的層面對比動物及其單細胞近親的發(fā)育過程，在分子生物學構(gòu)建的動物總界時間樹(動物總界包括所有后生動物及其單細胞近親)的基礎(chǔ)上，推測動物祖先的生物學特征，并重建這些特征的系統(tǒng)發(fā)生過程，估算其出現(xiàn)的時間;而另一途徑則是古生物學實證研究，即通過追溯最早的動物及其近親的化石記錄，重建動物起源的過程并卡定動物起源時間的上限。

當前，甕安生物群中動物總界類群的演化發(fā)育生物學方面的研究工作才剛剛起步，其中仍有大量系統(tǒng)分類位置不明的疑難化石，其中有一些疑難化石和動物胚胎狀化石外觀非常類似——甕安旋孔蟲就是其中一個典型。

甕安旋孔蟲究竟是什么

甕安旋孔蟲的生物學屬性之所以存在較大爭議，主要原因是其內(nèi)部生物學結(jié)構(gòu)不清楚。

為此，中科院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團隊的殷宗軍研究員、朱茂炎研究員和中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所劉鵬舉研究員以及英國布里斯托大學教授菲利普·多諾格等合作，采用高分辨率顯微CT和同步輻射顯微斷層成像技術(shù)，掃描了300多個甕安旋孔蟲化石標本，最終找到十幾個保存了精美內(nèi)部生物學結(jié)構(gòu)的化石。

研究人員發(fā)現(xiàn)，甕安旋孔蟲和大積球以及旋胞類一樣，具有類似的發(fā)育過程，即從單細胞期通過不增長的細胞分裂一直發(fā)育到成千上萬細胞階段。這一發(fā)育過程表明甕安旋孔蟲不可能是單細胞的有孔蟲，也不是大積球或者旋胞類的早期或者晚期發(fā)育階段。故前人根據(jù)它們與大積球和旋胞類的相似而提出的各種假說均不成立。

因此，殷宗軍認為旋孔蟲屬于動物總界的一員。而旋孔蟲的發(fā)育過程也為理解動物起源提供了重要線索。

殷宗軍表示，甕安生物群中胚胎狀化石包均發(fā)育了相似的帶裝飾的囊包，這一特征是趨同演化的結(jié)果。由于埃迪卡拉紀早期海洋環(huán)境較為嚴苛，氧化還原狀態(tài)不穩(wěn)定，因此幾乎所有的胚胎狀化石都發(fā)育了相似的厚壁囊包以保護自身。

但這種類似的囊包結(jié)構(gòu)掩蓋了甕安生物群的生物多樣性，意味著甕安生物群中可能還有更多屬于動物總界的化石類群未被發(fā)現(xiàn)，未來應(yīng)該有更大的潛力值得挖掘。