6 亿年前的“大球”或是原生生物

• 2022-04-29 14:40:06 来源：科普时报

张 渊 张兴亮

在我国贵州瓮安地区发现的瓮安生物群，是埃迪卡拉纪（距今 6.35—5.38 亿年前的地球演化历史）的微体化石宝库。其中有一类名为“大球”的化石，因数量多、保存好、像胚胎而备受关注。西北大学早期生命与环境研究团队最新研究再现了“大球”的生命周期，认为 “大球”不太可能是动物卵裂期胚胎，更可能是埃迪卡拉纪的一种原生生物。相关研究成果近日在线发表于《前寒武纪研究》期刊。

“大球”化石究竟代表的是什么样的生物长期没有定论。究其原因在于没有能够重建它连续、完整、闭环的生命周期。单个细胞的“大球”从何发育而来？含有数千个子细胞的“大球”又将发育至何处去？这些问题得不到解答，“大球”化石的生物分类地位就无法确定。

“大球”的一生。内圈为处于生殖期“大球”的扫描电镜照片；外圈为“大球”生命周期示意图；“大球”从小到大直径变化范围为20-1150微米。 作者供图

科研人员通过对瓮安生物群中的“大球”化石的研究发现，外壳或光滑或具有复杂的纹饰，而内部则包含着1、2、4、8 等细胞数目呈2的指数变化的子体。由于它们在形态结构和细胞分裂方式上酷似动物卵裂期胚胎，因此曾一度被认为是早期动物卵裂期的胚胎化石，外壳装饰的有无以及纹理的差异通常被认为是不同的类型。

进一步的研究发现，尽管“大球”在形态结构和细胞分裂方式上与某些无脊椎动物卵裂期胚胎相似，但二者在发育特征上却相去甚远。动物胚胎在经历了短暂的卵裂期至囊胚期之后，迅速发生胚层分化进入原肠期，之后逐步形成有组织和器官分化的幼体和成体。而“大球”则似乎一直在进行无休止的细胞分裂，从一个球形单细胞个体，直至发育形成包含数千个细胞的实心球体，却始终没有找到存在组织和器官的证据，更没有发现幼体或成体的化石。

我国陕西省南部镇巴县埃迪卡拉纪晚期 （距今约 5.5 亿年） 的地层中也产丰富的“大球”化石。科研人员仔细研究了3 万枚“大球”化石，其中包括体型更小的单细胞个体和含更小更多子细胞的“大球”，并据此重建了“大球”连续、完整、闭环的生命周期。综合分析大球的生长和生殖过程显示，无壳饰与有壳饰很可能反映的是“大球”的不同发育阶段。

通过研究，科研人员发现“大球”幼体是无装饰的，在营养期快速增大直至发育成熟，经包囊作用发育为有壳饰的“大球”，并进入生殖期。在生殖期，“大球” 经历细胞快速分裂产生大量体型微小的繁殖体，而后繁殖体通过脱包囊作用散播到水体，成为新的自由生活的个体并再次进入营养期。简而言之，小球长成大球，大球再分成许多小球，回到原点再生长，如此循环往复，这就是“大球”的生命轮回。

从研究结果来看，“大球”的生命周期与动物的发育特征大相径庭，而与有包囊现象的原生生物的生命周期相似。因此，“大球”虽然很像动物卵裂期的胚胎，但它却不大可能是动物，更可能是埃迪卡拉纪的一类原生生物。除了动物之外，很多生物的生命周期中存在细胞分裂早期的多细胞阶段。

“大球”的故事告诉我们，在研究早期生物的化石时，了解它们完整的生命周期有助于人类更客观地认识远古时期的生命现象。

（第一作者系西北大学博士后，第二作者系西北大学教授）

标签： 生命周期 细胞分裂 原生生物

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