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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新事件之一。最古老的多細胞真核生物化石是如何被發現的？它的發現有何重要意義？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，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新。”南京古生物所研究員朱茂炎說。
那么，真核生物最早何時發生多細胞化？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）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采集化石。”朱茂炎回憶說，“當時，在他家沙發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，形態類似海帶。”
朱茂炎立即敏銳意識到，“這塊化石不簡單。”
朱士興解釋，這是他1997年在河北遷西和寬城地區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。
“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、最經典的地區之一。”
瞄準這一區域，朱茂炎團隊聯合朱士興等國內外同行展開了深入的考察和發掘。2013年開始，他們合作對燕山地區高于莊組發現的一批距今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。科研人員判定它們為最早的宏體多細胞真核生物化石，研究成果于2016年發表。
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。”朱茂炎說。
“這個‘更早’會是什么時候？”
為了驗證這一推斷，在燕山地區早于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，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。”苗蘭云坦言，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。他們發現，這些絲狀體化石，與1989年在天津薊縣地區串嶺溝組發現的“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、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。”
此次發現的化石所在地層頂部有一層火山凝灰巖，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。
這一最新發現，是繼團隊2016年發表燕山地區發現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。該成果發表在2024年1月25日出版的《科學進展》雜志上。
“我們還要繼續往下追！”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境如何，在生態位上處于什么位置等，還有很多疑問需要去研究、去解答。”
《人民日報》（2025年01月20日 第 19 版）
（責編：張若涵）
