6 億年前的“大球”或是原生生物

張 淵 張興亮

在我國貴州甕安地區發現的甕安生物群，是埃迪卡拉紀（距今 6.35—5.38 億年前的地球演化歷史）的微體化石寶庫。其中有一類名為“大球”的化石，因數量多、保存好、像胚胎而備受關注。西北大學早期生命與環境研究團隊最新研究再現了“大球”的生命周期，認為 “大球”不太可能是動物卵裂期胚胎，更可能是埃迪卡拉紀的一種原生生物。相關研究成果近日在線發表于《前寒武紀研究》期刊。

“大球”化石究竟代表的是什么樣的生物長期沒有定論。究其原因在于沒有能夠重建它連續、完整、閉環的生命周期。單個細胞的“大球”從何發育而來？含有數千個子細胞的“大球”又將發育至何處去？這些問題得不到解答，“大球”化石的生物分類地位就無法確定。

“大球”的一生。內圈為處于生殖期“大球”的掃描電鏡照片；外圈為“大球”生命周期示意圖；“大球”從小到大直徑變化范圍為20-1150微米。 作者供圖

科研人員通過對甕安生物群中的“大球”化石的研究發現，外殼或光滑或具有復雜的紋飾，而內部則包含著1、2、4、8 等細胞數目呈2的指數變化的子體。由于它們在形態結構和細胞分裂方式上酷似動物卵裂期胚胎，因此曾一度被認為是早期動物卵裂期的胚胎化石，外殼裝飾的有無以及紋理的差異通常被認為是不同的類型。

進一步的研究發現，盡管“大球”在形態結構和細胞分裂方式上與某些無脊椎動物卵裂期胚胎相似，但二者在發育特征上卻相去甚遠。動物胚胎在經歷了短暫的卵裂期至囊胚期之后，迅速發生胚層分化進入原腸期，之后逐步形成有組織和器官分化的幼體和成體。而“大球”則似乎一直在進行無休止的細胞分裂，從一個球形單細胞個體，直至發育形成包含數千個細胞的實心球體，卻始終沒有找到存在組織和器官的證據，更沒有發現幼體或成體的化石。

我國陜西省南部鎮巴縣埃迪卡拉紀晚期 （距今約 5.5 億年） 的地層中也產豐富的“大球”化石。科研人員仔細研究了3 萬枚“大球”化石，其中包括體型更小的單細胞個體和含更小更多子細胞的“大球”，并據此重建了“大球”連續、完整、閉環的生命周期。綜合分析大球的生長和生殖過程顯示，無殼飾與有殼飾很可能反映的是“大球”的不同發育階段。

通過研究，科研人員發現“大球”幼體是無裝飾的，在營養期快速增大直至發育成熟，經包囊作用發育為有殼飾的“大球”，并進入生殖期。在生殖期，“大球” 經歷細胞快速分裂產生大量體型微小的繁殖體，而后繁殖體通過脫包囊作用散播到水體，成為新的自由生活的個體并再次進入營養期。簡而言之，小球長成大球，大球再分成許多小球，回到原點再生長，如此循環往復，這就是“大球”的生命輪回。

從研究結果來看，“大球”的生命周期與動物的發育特征大相徑庭，而與有包囊現象的原生生物的生命周期相似。因此，“大球”雖然很像動物卵裂期的胚胎，但它卻不大可能是動物，更可能是埃迪卡拉紀的一類原生生物。除了動物之外，很多生物的生命周期中存在細胞分裂早期的多細胞階段。

“大球”的故事告訴我們，在研究早期生物的化石時，了解它們完整的生命周期有助于人類更客觀地認識遠古時期的生命現象。

（第一作者系西北大學博士后，第二作者系西北大學教授）

標簽： 生命周期 細胞分裂 原生生物