上圖古球蛋化石厚囊包及其顯微結(jié)構(gòu)
下圖寒武紀(jì)早期寬川鋪生物群中的古球蛋
（顯微CT數(shù)據(jù)）
受訪者供圖
愛吃巧克力的人都知道，香味濃郁的費(fèi)列羅巧克力，以其獨(dú)特的造型和豐富的層次，讓人久久回味。然而，一種形似費(fèi)列羅、來自寒武紀(jì)的疑難化石——“古球蛋”卻讓全世界科學(xué)家都犯了難。這種遠(yuǎn)古化石雖然外形與結(jié)構(gòu)酷似費(fèi)列羅，但其真實(shí)身份卻始終是個(gè)未解之謎，自1977年首次報(bào)道以來，還不曾有科學(xué)家弄清它究竟是什么。
近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所發(fā)布消息稱，由包括該所副研究員殷宗軍等人在內(nèi)的中、美研究者組成的團(tuán)隊(duì)，通過技術(shù)手段，證明了古球蛋化石的生物學(xué)屬性，研究成果在國際著名地學(xué)雜志《地質(zhì)學(xué)》上發(fā)表。那么，這種遠(yuǎn)古的球型化石究竟是什么？它的身份揭曉又有什么意義呢？
來自寒武紀(jì)的化石界“費(fèi)列羅”
“古球蛋整體呈球狀或橢球狀，它的最外層是凹凸不平的薄殼，殼內(nèi)有一層厚且多孔狀的‘夾心層’，最內(nèi)層被包裹的是一個(gè)球狀的生物細(xì)胞團(tuán)……”
在中科院南京地質(zhì)古生物所實(shí)驗(yàn)室，殷宗軍為記者描述了高分辨率顯微CT觀測到的古球蛋外形特征。
古球蛋產(chǎn)生于5.3億年前的寒武紀(jì)早期?！霸谌澜绾芏嗟胤蕉加邪l(fā)現(xiàn)。我們的標(biāo)本是在陜西省西鄉(xiāng)縣發(fā)現(xiàn)的，之前古生物學(xué)家還曾經(jīng)在我國華南、加拿大、西伯利亞、澳大利亞等地發(fā)現(xiàn)過?！币笞谲娬f。
單用肉眼很難發(fā)現(xiàn)古球蛋化石，它的直徑大約為0.4毫米—2毫米。多數(shù)情況下，它只保存了一個(gè)囊包（相當(dāng)于卵殼），就像一個(gè)空心球。囊包壁不分層，厚度在20—40微米左右，囊包外表面發(fā)育了密集的瘤狀裝飾，囊包壁發(fā)育很多氣孔狀結(jié)構(gòu)。保存較好的標(biāo)本，可以在囊包內(nèi)部看到胚胎。
經(jīng)歷數(shù)億年的滄海桑田巨變，古球蛋化石能保存至今本身就是一個(gè)奇跡，因?yàn)樗膫€(gè)頭實(shí)在太小了，面對(duì)強(qiáng)大的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，它的抗壓能力太弱，很多古球蛋都在保存為化石的過程中壓扁了。這也導(dǎo)致它的真實(shí)“身份”更加撲朔迷離。
顯微CT助科學(xué)家探究古球蛋真身
在寒武紀(jì)前后，有很多至今無法破解“身份”的疑難化石。比如，眼前這顆磷酸鹽質(zhì)地、直徑1毫米左右的微型化石——古球蛋。那么，為什么幾十年來科學(xué)家都搞不清它到底是什么呢？
“可能有兩方面原因，一是關(guān)注研究古球蛋的科學(xué)家并不多，二是前人的研究工作都比較早，采用的研究手段和技術(shù)也比較傳統(tǒng)，獲得的信息少，因此沒有足夠的證據(jù)弄清楚古球蛋究竟是什么。”殷宗軍說。
過去，也有古生物學(xué)家對(duì)古球蛋進(jìn)行研究，但基本是簡單的報(bào)道和囊包形態(tài)學(xué)的觀察，對(duì)其完整的三維結(jié)構(gòu)，尤其是內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解的很少。由于古球蛋長得圓頭圓腦，與動(dòng)物的卵（蛋）頗為相似，因此有學(xué)者猜測它們可能是動(dòng)物的卵（蛋）。但這也僅僅是猜測，除了外觀形態(tài)和尺寸的信息外，沒有別的證據(jù)來支撐這個(gè)猜測。
在此次研究中，科學(xué)家采用了高分辨率顯微CT技術(shù)，從微觀角度首次觀察到這種神秘化石的三維結(jié)構(gòu)。這種顯微CT分辨率達(dá)0.8微米，為一根頭發(fā)絲的百分之一。他們選擇了保存較好的古球蛋化石，其內(nèi)部的胚胎部分腐爛的較少。通過CT掃描，科學(xué)家清晰地看到，古球蛋最內(nèi)部的細(xì)胞團(tuán)遵循一種不增長分裂模式。即隨著分裂的進(jìn)行，細(xì)胞數(shù)量越來越多、但單個(gè)細(xì)胞體積越來越小，細(xì)胞團(tuán)總體積沒有明顯變化。這些特征和一些現(xiàn)代水生無脊椎動(dòng)物的休眠卵非常一致，這說明，古球蛋很可能是寒武紀(jì)早期水生動(dòng)物的休眠卵。
“休眠胚胎即休眠卵，又稱滯育胚胎，意思是停滯發(fā)育的胚胎?！币笞谲娬f，正常條件下，動(dòng)物受精卵會(huì)經(jīng)過胚胎發(fā)育階段發(fā)育成幼年個(gè)體、成年個(gè)體，但有一些動(dòng)物，主要是水生無脊椎動(dòng)物，在外界條件比較惡劣的時(shí)候，比如水體缺氧、缺乏食物來源、溫度太低時(shí)，它們就會(huì)產(chǎn)下一種休眠卵，這種卵卵殼很厚，可以起到保護(hù)作用，卵殼內(nèi)部的胚胎發(fā)育到一定階段后發(fā)育停滯，處于休眠狀態(tài)，直到外界條件好轉(zhuǎn)適合生存了再啟動(dòng)發(fā)育。
休眠卵和正常發(fā)育的卵最大的區(qū)別是休眠卵有一個(gè)厚的囊包，囊包表面往往發(fā)育復(fù)雜的裝飾，對(duì)胚胎起到保護(hù)作用，幫助休眠卵抵抗惡劣的外界環(huán)境。而這個(gè)結(jié)構(gòu)是正常發(fā)育的卵所不具備的。
搞清“小不點(diǎn)”化石有大意義
很多人可能并不覺得，知道了古球蛋的“身份”有多大意義。但殷宗軍不這么認(rèn)為，他表示：“想了解這個(gè)意義，就要從寒武紀(jì)大爆發(fā)說起”。
地球有46億年歷史，但動(dòng)物起源比較晚，寒武紀(jì)之前的動(dòng)物化石記錄非常稀少。在寒武紀(jì)早期，幾乎現(xiàn)代所有動(dòng)物門類的祖先類型都出現(xiàn)在海洋中，這被稱為寒武紀(jì)大爆發(fā)。古球蛋這個(gè)“小不點(diǎn)”可是寒武紀(jì)大爆發(fā)的見證者之一。“作為胚胎，它們記錄了常規(guī)化石所不能反映的動(dòng)物個(gè)體發(fā)育過程的信息，為我們了解動(dòng)物祖先是如何發(fā)育的提供了一個(gè)實(shí)證，也為我們了解現(xiàn)代動(dòng)物的形體結(jié)構(gòu)是如何演化而來的提供了線索?！币笞谲娬f，除此之外，搞清古球蛋是什么，還有3方面意義：
一是弄清楚了古球蛋的生物學(xué)屬性，也就是說古球蛋不再是疑難化石了；
二是知道了“老祖宗”早就學(xué)會(huì)了用“睡一覺”熬過最艱難的苦日子?，F(xiàn)代很多水生無脊椎動(dòng)物，比如輪蟲、豐年蟲、鱟蟲（網(wǎng)紅三眼恐龍蝦）等均能利用休眠胚胎機(jī)制來抵御不利環(huán)境進(jìn)行繁殖。這種獨(dú)特的發(fā)育機(jī)制為它們度過惡劣環(huán)境，擴(kuò)張生態(tài)空間帶來了優(yōu)勢。此次發(fā)現(xiàn)表明，這種發(fā)育機(jī)制早在5.3億年前就已有之，并且延續(xù)至今。說明這種發(fā)育機(jī)制起源很早，而且很實(shí)用。
三是暗示了寒武紀(jì)早期全球很多海洋（淺海）水體的氧化程度，遠(yuǎn)未達(dá)到正常水平。前人曾估計(jì)寒武紀(jì)早期全球淺海海水含氧量基本達(dá)到了與現(xiàn)代淺海差不多的水平，而古球蛋的全球廣布，說明當(dāng)時(shí)很多地方的淺海環(huán)境并不像之前估計(jì)的那么好，當(dāng)時(shí)全球海水氧化程度并不均一。
科學(xué)家認(rèn)為，古球蛋化石的研究，不僅為研究早期動(dòng)物發(fā)育機(jī)制的起源和演化、寒武紀(jì)早期淺海海洋環(huán)境氧化程度找到入口，而且還為人們重新評(píng)估寒武紀(jì)早期廣泛分布的疑源類化石的生物學(xué)屬性帶來了新的啟示。
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