記者從中國科學院南京地質古生物研究所獲悉，該所朱茂炎研究員帶領的“地球-生命系統早期演化”科研團隊在華北燕山地區16.3億年前地層中發現多細胞真核生物化石。這些保存精美細胞結構的微體化石被認為是迄今全球發現最早的多細胞真核生物化石記錄。這是繼2016年在燕山地區發現15.6億年前全球最早的宏體多細胞真核生物化石之后，該團隊在早期生命演化領域中的又一項重要突破，將多細胞真核生物出現的時間進一步提前了7000萬年。該成果1月24日在學術期刊《科學進展》（Science Advances）發表。
當今地球上我們熟知的所有復雜生命，包括形態各異的動物、陸生植物、真菌和宏體藻類都是多細胞真核生物，因此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事件之一。然而，真核生物最早何時發生多細胞化？多細胞真核生物何時在地球上開始出現？截至目前，學界對這一重大科學問題并無明確的答案和證據。
已知化石證據表明，簡單的微體多細胞真核生物在距今10億年左右的地層中已經出現，并開始多樣化，包括紅藻、綠藻和真菌化石等。而在更古老地層中曾經報道過的“多細胞真核化石”，因缺乏可靠的生物學證據（如多細胞結構和復雜形態），它們的多細胞特征和真核生物屬性均存在很大的不確定性，受到普遍懷疑。
2016年，朱茂炎團隊聯合中國地質調查局天津地質調查中心研究員朱士興等國內外同行，在《自然通訊》（Nature Communications）上報道了燕山地區15.6億年前的宏體多細胞真核生物化石的發現（Zhu et al., 2016）。這一發現突破了學界以往的認知，不僅將地球上大型多細胞真核生物的出現時間從以前認為的6億年前提前了將近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。
為了論證這一推斷，團隊成員苗蘭云自在燕山地區早于16億年前的古元古代晚期“長城系”地層中尋找多細胞真核化石。在長達近8年的時間內，對燕山地區多個剖面點上采集了數百件長城系頁巖樣品。通過氫氟酸和鹽酸等實驗處理，獲得大量微體化石標本。在發現大量多種類型的單細胞真核生物化石的同時，終于在河北省寬城縣翁家莊剖面長城系串嶺溝組上部，發現了微體多細胞真核生物化石。含本次報道化石的地層頂部曾報道有一層火山凝灰巖，其中的鋯石鈾-鉛同位素定年結果為16.35億年，為新發現的化石提供了直接的年齡約束。
串嶺溝組中發現的壯麗青山藻。化石保存為有機質壁構成的多細胞絲狀體，顯示細胞大小和形態的變化引起的絲狀體形態變化。
含有孢子結構的壯麗青山藻，比例尺對于A, C, D和F代表50微米。
這批發現的化石標本一共278枚，它們是由單列細胞組成的無分枝的絲狀體，絲狀體直徑20-194微米不等，最長可達860微米，無外鞘。因保存不完整，完整的絲狀體長度未知。雖然絲狀體整體結構相對簡單，但卻表現出一定的復雜性，主要體現在形態上的變化。有些絲狀體直徑保持不變，細胞呈短柱狀至長柱狀；有些絲狀體整體向一端均勻收縮，細胞呈柱狀、桶狀或杯狀；而有的絲狀體僅一端變細，其余部分直徑不變。
通過測量可以表征絲狀體形態變化的2個比值（即單個絲狀體中細胞的直徑和長度上的變化）和絲狀體直徑大小分布頻率。結果顯示不同類型的多細胞絲狀體在形態上呈現連續過渡變化的特征，表明它們屬于同一個物種。由于與前人在燕山中部天津薊縣地區串嶺溝組頁巖切片中報道的“壯麗青山藻”（Qingshania magnifica Yan, 1989）化石形態和大小相似，本次研究將其歸入同一個屬種。
當初的研究者將這些化石解釋為原始綠藻，或許因為化石圖片不清晰，生物學解釋的證據不夠充分，故自1989年報道以來并未引起國內外同行的關注。此次研究中一個重要的新發現是，壯麗青山藻的部分細胞內含有直徑約15-20微米大小的圓形結構，位于細胞的中間或接近橫向細胞壁的位置。圓形結構形態完整規則，質地均勻，大小和形態上可與現生的某些真核藻類的無性孢子類比，被解釋為一種繁殖細胞。由此可見，壯麗青山藻是一種通過孢子繁殖的生物。根據部分絲狀體向一端變細或變粗的特征，可以推測壯麗青山藻可能為營底棲固著的生活方式，雖然目前還沒有見到固著器結構。
現生生物中，由單列細胞組成的絲狀體生物種類繁多，在原核（細菌和古菌）和真核生物中都廣泛存在。綜合比較絲狀體形態的復雜度、細胞大小和繁殖方式，原核生物中并沒有可以與壯麗青山藻相對比的類型。據統計，目前已知的原核絲狀體至少分布于12個門類147個屬中，但它們絕大多數個體很小，直徑多在1-3微米，僅個別巨型藍細菌和硫細菌直徑能夠達200微米，與壯麗青山藻的直徑相似。但這些巨型細菌的細胞全部為圓盤狀，沒有任何形態復雜性。而真核生物中類似壯麗青山藻的絲狀體生物則很多，例如異養的絲狀真菌和絲狀卵菌，特別是大多數真核藻類都含絲狀體，如褐藻、黃藻、綠藻、紅藻、輪藻、共球藻等。因此，研究團隊認為壯麗青山藻為多細胞真核生物化石。綜合分析表明，一些現生綠藻的藻絲體形態、細胞大小分布和繁殖方式等與壯麗青山藻最為接近。由此，研究團隊認為壯麗青山藻不僅是多細胞真核生物，且很可能屬于多細胞藻類，具有光合作用的代謝能力，盡管目前無法將其歸屬到具體現生門類中去。
為了進一步驗證壯麗青山藻的真核生物屬性，研究團隊采用激光拉曼光譜儀對壯麗青山藻的有機質成分進行了譜學分析，并用同層位產出的3種藍細菌化石作為對比組。所有分析化石的拉曼光譜特征表明，化石有機質成分是無序碳質物質。根據拉曼地質溫度計估算出的最大埋藏溫度為205-250 ℃，表明化石經歷了低級變質作用，排除了現代生物污染的可能性。拉曼光譜的主成分分析（PCA）結果顯示，壯麗青山藻的有機質組成明顯不同于藍細菌化石，為其歸屬為多細胞真核生物的解釋提供了支持。
目前學界普遍接受的真核生物最早化石記錄發現于我國華北和澳大利亞北部距今約16.5億年之前的古元古代晚期地層中。壯麗青山藻的出現時間僅僅稍晚于這些最古老的單細胞真核化石，表明真核生物出現之后便迅速發生了復雜的多細胞化演化。由于真核藻類（泛色素體植物）屬于冠群真核生物（現代真核生物）的一個支系，如果壯麗青山藻可以確認為是營光合作用的真核藻類，那么真核生物最后共同祖先應不晚于16.3億年之前的古元古代晚期，比當前學界普遍接受的時間提前了近6億年之久，且與分子鐘推算的時間基本吻合，為進一步揭示復雜生命的起源和早期演化過程的奧秘以及元古宙地球環境演變提供了新的思考。
真核生物譜系發生樹簡化圖和真核生物早期重要化石記錄。真核生物樹中，虛線表示干群真核生物，實線表示冠群真核生物（真核生物最后共同祖先LECA及其所有后裔）。分歧點上的淺灰色條帶表示分子鐘估算的分歧時間，右圖顯示真核生物各類群最早的化石記錄。
（總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉）
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