揭示早期复杂生命形式：中国出土的16.3亿年前的多细胞化石

研究人员在华北地区发现了最古老的多细胞真核化石，其年代可追溯到16.3亿年，揭示了早期的复杂生命形式，并表明多细胞性更早出现。

在1月24日发表在《科学进展》上的一项研究中，由中国科学院南京地质古生物学研究所的朱茂岩教授领导的研究人员报告了他们最近在华北发现的16.3亿年前的多细胞化石。

这些保存完好的微化石目前被认为是多细胞真核生物最古老的记录。这项研究是继研究人员早前在华北燕山地区发现分米级真核化石之后的又一突破，将真核生物多细胞性的出现时间推后了约7000万年。

多细胞性：重大的进化转变

地球上所有复杂的生命，包括各种动物、陆地植物、宏观真菌和海藻，都是多细胞真核生物。多细胞性是真核生物获得生物复杂性和大尺寸的关键，通常被认为是地球生命史上的重大转变。然而，科学家们一直不确定真核生物何时进化出这种创新。

多细胞化石产自晚古元古代川岭沟组。图片来源：Lanyun Miao

提供令人信服证据的化石记录表明，具有简单多细胞性的真核生物，如红藻和绿藻，以及假定的真菌，早在 10.5 亿年前就出现了。较早的记录声称是多细胞真核生物，但其中大多数因其形态简单和缺乏细胞结构而引起争议。

揭开古代复杂生活的面纱

“新发现的多细胞化石来自晚古元古代川岭沟组，距今约16.35亿年。它们是不分枝的单丝状细丝，由两个至20多个大圆柱形或桶形细胞组成，直径为20-194μm，不完全长度可达860μm。这些细丝根据其形态变化显示出一定程度的复杂性，“研究人员之一Lanyun Miao说。

细丝是恒定的，或在整个长度上逐渐变细，或仅在一端逐渐变细。形态学分析证明了它们的形态连续性，表明它们代表的是单一的生物物种，而不是离散的物种。这些化石被命名为Qingshania magnifica，1989，是一种形态和大小相似的类群，被描述为来自川岭沟组。

青山的一个特别重要的特征是一些细胞的圆形细胞内结构（直径15-20μm）。这些结构与许多真核藻类中已知的无性孢子相当，表明青山可能通过孢子繁殖。

在真核生物树中，灰色虚线代表茎组真核生物。实线表示冠组真核生物（LECA 及其后代）。节点处的灰色条显示了分子钟研究中主要分支分歧的估计年龄范围（Parfrey等人，2011，PNAS）。绿藻化石中的比例尺等于 500 μm;其余的为50μm。图片来源：Lanyun Miao

区分真核生物特征

在现代生活中，单丝状细丝在原核生物（细菌和古细菌）和真核生物中都很常见。细胞体积大、细丝直径范围广、形态变异和细胞内孢子的结合证明了青山的真核亲和力，因为没有已知的原核生物如此复杂。丝状原核生物通常非常小，直径约为 1-3 μm，分布在 12 个门的 147 多个属中。一些蓝藻和硫细菌可以达到大尺寸，厚达200μm，但这些大型原核生物形态非常简单，具有圆盘状细胞，并且不会通过孢子繁殖。

最好的现代类似物是一些绿藻，尽管细丝也存在于其他真核藻类群（例如，红藻、褐藻、黄藻、炭藻等）以及真菌和卵菌中。

“这表明青山虫很可能是光合藻类，可能属于已灭绝的古质体茎群（由红藻、绿藻和陆地植物以及青光植物组成的主要群），尽管其确切的亲和力尚不清楚，”苗说。

化学成分和进化意义

此外，研究人员还进行了拉曼光谱研究，从化学组成的角度测试了青山的真核亲和力，并利用3个蓝藻类群进行了比较。拉曼光谱揭示了无序碳质物质的两个宽峰特征。此外，使用拉曼参数估计的埋藏温度范围为205-250°C，表明变质作用程度低。拉曼光谱的主成分分析将青山和蓝藻类群分为两个不同的类群，表明青山的碳质物质与蓝藻化石的碳质物质不同，进一步支持了青山的真核亲和力。

目前，最古老的明确真核化石是来自中国北部和澳大利亚北部的晚古元古代沉积物（~16.5亿年前）的单细胞形式。青山的出现时间仅略晚于这些单细胞形式，表明真核生物在其进化历史的早期就获得了简单的多细胞性。

由于真核藻类（Archaeplastids）是在最后一个真核生物共同祖先（LECA）之后出现的，因此青山藻的发现，如果本质上真的是藻类，则进一步支持LECA在古元古代晚期的早期出现 – 这与许多分子钟研究一致 – 而不是在大约10亿年前的中元古代晚期。