河北省寬城縣翁家莊剖面串嶺溝組中發(fā)現的“壯麗青山藻”化石,。

河北省唐山市遷西縣高于莊組中發(fā)現的宏體碳質膜化石。

研究團隊合影,。

以上圖片均為中國科學院南京地質古生物研究所提供

　　不久前,，全球頂級學術期刊《科學》雜志公布了2024年度十大科學突破評選結果，中國科學院南京地質古生物研究所(以下簡稱“南京古生物所”)朱茂炎團隊發(fā)現迄今最古老的多細胞真核生物化石這一重要成果入選,。

　　真核生物的多細胞化是生命向復雜化和大型化演化的必備條件,，被認為是生命演化史上的重大關鍵創(chuàng)新事件之一。最古老的多細胞真核生物化石是如何被發(fā)現的?它的發(fā)現有何重要意義?科學家為我們一一解答,。

　　“這塊化石不簡單”

　　在數十億年的地球生命演化歷史中,，真核生物的出現與繁盛有著至關重要的意義。至此,，生命擺脫了簡單的形態(tài),，細胞擁有了“遺傳和代謝調控中心”的細胞核以及“能量工廠”線粒體，為今天復雜生命形態(tài)的演變奠定了基礎,。

　　現在的地球上，包括人類在內的動物,、陸生植物,、真菌和宏體藻類等，都是復雜生命,，也都是多細胞真核生物,。

　　“多細胞化是真核生物獲得生物復雜性和大尺寸的關鍵，通常被認為是地球生命演化上的重大創(chuàng)新,?！蹦暇┕派锼芯繂T朱茂炎說。

　　那么,，真核生物最早何時發(fā)生多細胞化?截至目前,，學界對這一重大科學問題并無明確答案。

　　已知的化石證據表明,，簡單的微體多細胞真核生物,，包括紅藻、綠藻和真菌化石等,，在距今10億年左右的地層中已經出現,，并在距今6億年前后開始多樣化和大型化。

　　會不會比這個時間更早呢?帶著這個疑問，朱茂炎帶領團隊開始了探索之旅,。

　　契機出現在2012年,。那一年，朱茂炎前往天津薊縣(現為天津薊州區(qū))進行野外考察,，其間在同行朱士興家里的一次做客,，讓他有了意外收獲。

　　“朱老師在中國地質調查局天津地質調查中心從事研究工作,，經常去燕山山脈地區(qū)采集化石,。”朱茂炎回憶說,，“當時,，在他家沙發(fā)旁邊就擺了五六個托盤的化石。我打眼一看,，里面有一塊化石非常大,，長有30厘米左右，形態(tài)類似海帶,?！?/p>

　　朱茂炎立即敏銳意識到，“這塊化石不簡單,?！?/p>

　　朱士興解釋，這是他1997年在河北遷西和寬城地區(qū)進行野外地質調查工作時,，在距今15.6億年的“薊縣系”高于莊組(巖石地層名稱,，屬中元古代地層)中發(fā)現的宏體碳質膜化石。

　　這個重要線索,，讓朱茂炎團隊決定,，將考察研究的地域范圍進一步鎖定在高于莊組所處的燕山山脈地區(qū)。

　　“這個‘更早’會是什么時候?”

　　燕山山脈是中國北方重要山脈之一,。對于地質古生物學來說,，燕山山脈有著非凡的意義。20世紀30年代初,，地質學家高振西等人在燕山山脈長城腳下的天津薊縣,，建立了我國北方“震旦系”標準剖面。近百年來,，經過幾代地質學家的研究,，發(fā)現了很多早期生命化石，其時代厘定也越來越精準,。

　　朱茂炎說：“那里的巖石為距今18億年到13億年的前寒武紀沉積地層,，近萬米厚,，是全球開展地球早期地質歷史和生命演化的最好、最經典的地區(qū)之一,?！?/p>

　　瞄準這一區(qū)域，朱茂炎團隊聯(lián)合朱士興等國內外同行展開了深入的考察和發(fā)掘,。2013年開始,，他們合作對燕山地區(qū)高于莊組發(fā)現的一批距今15.6億年的宏體生物化石進行了研究。從外觀來看,，這批化石已經“長得很大”,，寬達8厘米，不完整的化石長度可達30厘米,?？蒲腥藛T判定它們?yōu)樽钤绲暮牦w多細胞真核生物化石，研究成果于2016年發(fā)表,。

　　這一結果引起學界的廣泛關注,，不僅將地球上大型多細胞真核生物的出現時間從之前認為的6億年前向前推了將近10億年，并由此推斷真核生物發(fā)生多細胞化的時間應該更早,。

　　“出現這么大的宏體化石,，說明在此前還可能會有相對簡單的微體多細胞生物(肉眼不可見)演化階段?！敝烀渍f,。

　　“這個‘更早’會是什么時候?”

　　為了驗證這一推斷，在燕山地區(qū)早于16億年的古元古代晚期“長城系”地層中,，朱茂炎團隊繼續(xù)尋找“更早”期多細胞真核化石存在的蛛絲馬跡,。

　　由于長城系地層中的化石多為肉眼看不見的微體化石，必須借助顯微鏡才能看清楚細節(jié),，而且這些化石被深深包埋在富含黏土的頁片狀巖石內，所以科研人員必須將采集的樣本帶回實驗室進行分析研究,。

　　苗蘭云博士是朱茂炎團隊開展燕山地區(qū)研究的主力成員,。自2016年研究生階段開始，她就將尋找最早的多細胞真核化石記錄作為主要研究課題,。8年來,，苗蘭云和團隊成員一直往返于河北采集地與南京實驗室之間。

　　化石實在太小,，但哪怕是50克的巖石樣本,，經過提取處理也能制成幾十個薄片，放到顯微鏡下,，科研人員幾天都看不完,。

　　“很長一段時間,，我都沒有出任何成果?！泵缣m云坦言,，這一度讓她感到十分焦慮。但因為對地球早期生命演化研究的熱愛,，她仍然選擇繼續(xù)堅持,。

　　功夫不負有心人。2021年初的一個夜晚,，苗蘭云第一次在顯微鏡下觀察到了多細胞結構,，而且非常清晰。這令她異常興奮,。

　　最終,，苗蘭云從采集的幾百件樣品中，發(fā)現了278枚保存精美細胞結構的微體多細胞真核生物化石標本,，這些標本均來自河北省寬城縣翁家莊剖面串嶺溝組中上部地層,。

　　“我們還要繼續(xù)往下追!”

　　找到的化石，是不是最早的多細胞真核生物?

　　顯微鏡下的觀察顯示,，這200余枚化石是由巨型細胞組成的,，且細胞形態(tài)復雜。

　　為了確認化石的具體身份,，科研人員開展了進一步的研究分析,。他們發(fā)現，這些絲狀體化石,，與1989年在天津薊縣地區(qū)串嶺溝組發(fā)現的“壯麗青山藻”很相似,，可歸入同一個屬種。

　　朱茂炎說：“綜合分析表明,，‘壯麗青山藻’與一些現生綠藻的藻絲體形態(tài),、細胞大小變化和繁殖方式等最為接近。由此,，我們認為‘壯麗青山藻’屬于多細胞真核生物化石,，且很可能是多細胞藻類，具備光合作用的代謝能力,?！?/p>

　　此次發(fā)現的化石所在地層頂部有一層火山凝灰?guī)r，前人曾通過鋯石鈾—鉛同位素定年,，結果為16.35億年,，這為新發(fā)現的化石提供了直接的年齡約束。因此,，“壯麗青山藻”被認為是迄今全球發(fā)現最早的多細胞真核生物化石記錄,，距今16.3億年,。

　　這一最新發(fā)現，是繼團隊2016年發(fā)表燕山地區(qū)發(fā)現15.6億年前全球最早的宏體多細胞真核生物化石的成果后,，又一項重大突破,，將多細胞真核生物出現的時間進一步提前了約7000萬年。該成果發(fā)表在2024年1月25日出版的《科學進展》雜志上,。

　　“我們還要繼續(xù)往下追!”朱茂炎說,，“目前只是找到了一些化石碎片，我們還不知道這些多細胞真核生物整體長什么樣,，它的多樣性和生活環(huán)境如何,，在生態(tài)位上處于什么位置等，還有很多疑問需要去研究,、去解答,。”(記者??吳月輝)

編輯：周大為