地球上最早的大型多细胞生物何时出现

  

高于庄组大型藻类植物化石

（中国化石网报道）据《光明日报》（朱士兴）：中国地质调查局天津地质调查中心与中国科学院南京地质古生物研究所、中国地质大学（武汉）、美国哈佛大学和挪威卑尔根大学等单位的科学家共同合作，在华北燕山地区高于庄组中发现了一个新的碳质宏观化石生物群，并证实此为迄今在前寒武纪发现的证据最充分、年龄最古老、个体最巨大的底栖多细胞藻类植物群。高于庄组化石群的发现将地球上大型复杂多细胞生物的出现时间提前了将近10亿年，彻底颠覆了以往的认识，并可能孕育着一个关于地球早期生命演化新理论和生物地质研究新方法的产生。因此，“地球上最早大型多细胞生物化石的发现”最近入选“中国地质调查局中国地质科学院2016年度地质科技十大进展”。

地球生命演化是国际上重点研究课题之一。此大型多细胞化石群发现于河北迁西县和宽城县境内，地处燕山山脉南麓。该地区大面积出露距今15亿年前后的“中元古代”沉积岩石地层，是国内外研究该时期地球演化奥秘的经典地区之一。此前发现最古老的、大小可与高于庄组化石群相比的大型多细胞生物化石产自距今6亿年前后的埃迪卡拉纪地层中，而距今15亿年前后的“中元古代”地层中发现的真核生物，尤其是多细胞真核生物的化石甚少，因此许多人认为“中元古代”是以低氧或还原环境、原核微生物为主，进化停滞或极缓慢的“无聊的10亿年”，并认为这与稳定的构造和海洋条件，尤其是低的氧含量有关。

但高于庄组化石群的发现说明，在“中元古代”早期，真核生物包括大型多细胞的真核生物都已相当丰富，所谓的“枯燥的10亿年”中，地球可能并不枯燥，当时的海洋生物出现了高可达30厘米、宽可达8厘米、类型多样的多细胞藻类生物。而且据此可进一步推测，与这种生物的演化水平紧密相关的地球环境也应该发生了明显的改变。高于庄组化石群的发现不仅改变了以前关于地球生命早期演化的既有认识，也为探索距今18亿～8亿年前地球系统演化的奥秘提供了新的角度。

该化石群最早由中国地质调查局天津地质调查中心于1997年首先发现，保存较好的标本共58块，为面积达分米级大小的特大型碳质薄膜化石群。发现的化石包括带状、舌状、楔形和长卵形等多种形态类型。其中一种最大的舌状化石长达28.6厘米，宽度近8厘米；另一种带状化石长度达30厘米以上，宽度达4.5厘米；部分标本可见明显固着器官。同时，在含大化石群的岩石中，还发现了保存精美的生物多细胞组织碎片。

在前寒武纪碳质宏观化石研究中，最大困难是生物属性和真假的确定，本次研究不仅对这些化石的形态进行了详细研究，还采用浸泡法发现了多细胞组织结构，从而使本研究得以进入了细胞学研究的新阶段。此外还采用激光拉曼光谱和共聚焦显微技术，解决了它们的真假问题，也为前寒武纪多细胞生物化石的研究提供了新途径。在综合分析化石形态、多细胞组织结构等生物学特征，并与现代海洋带状藻类生物进行比较之后，研究者认为这些化石是一类形态各异的多细胞藻类生物，它们也许可以进行光合作用，固着生活在距今15.6亿年前的浅海中。《光明日报》（2017年03月02日13版）（作者是中国地质调查局天津地质调查中心研究员）

相关报道：地球早期多细胞真核生物起源和演化研究取得突破性进展

（中国化石网报道）据中国地质调查局天津地质调查中心（李怀坤、蔡云龙供稿）：2016年5月17日，中国地质调查局天津地质调查中心朱士兴研究员及其研究团队在国际著名刊物《自然•通讯》发表了题为《华北15.6亿年前高于庄组分米级的多细胞真核生物》的论文。该论文成果将多细胞生物在地球上出现的时间从距今6. 35亿年前提前到了距今15.6亿年前。同时，该化石标本也是迄今为止证据最充分、时代最古老(>1560百万年)、个体最巨大、属于高级古藻类植物的前埃迪卡拉纪(>635百万年)的宏观多细胞真核生物群化石。该成果对研究地球早期宏观多细胞真核生物起源和演化问题具有重要意义。

该化石由地调局天津中心朱士兴研究员和黄学光研究员于1997年首先发现，保存较好的标本共58块，为面积达分米级大小的特大型碳质薄膜化石群。主要分布在华北燕山东部的迁西、宽城地区，产于中元古代早期蓟县系底部的高于庄组地层中，包括线形、舌形、楔形和长条形四种形态类型，最大的化石个体宽度可达5.0- 8.0 cm,可见长度可达20.0—30.0 cm。

前寒武纪地质研究是中国地质调查局天津地质调查中心的传统重点研究方向，多年来始终坚持“小团队，高水平”队伍建设原则，取得了一批具有深远影响的原创性成果，特别是地球早期生命演化成果一直处于世界领先水平。本次朱士兴研究员领导课题组经过了近20年的深入研究，取得了多项进展，并先后得到国家自然科学基金、原地矿部基金、国家地调局项目和中石化项目的持续支持。特别是近几年，该课题组积极与国内外专家学者开展合作，引用新的研究思路，运用多项新技术、新方法，使得高于庄组巨大型碳质宏观化石研究取得突破。

高于庄组大型多细胞真核生物的发现的重要科学意义在于，一是改写了多细胞生物在地球上出现的历史记录，科学界普遍认为生命大约自40亿年前在地球上出现起，直至距今6亿年前才出现了多细胞生物，而本次发现生物化石群将多细胞生物出现的时间提前了9亿年多年，从距今6. 35亿年前提前到了距今15.6亿年前；二是证明了存在着在比高于庄组和团山子组更老地层中发现相对细小，或微体的多细胞生物遗迹的可能性。第三，由于地球早期单细胞真核生物到多细胞真核生物的演化，与地球生态系统的演变，特别是与古大气圈和古水圈中氧含量的明显增加是同步发展的。这也证明了当时生态系统是相对富氧环境，同时生物进化也是相当活跃的。

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（中国化石网报道）据中国科学院南京地质古生物研究所：5月18日，南京古生物所朱茂炎研究员课题组在《自然—通讯》（Nature Communications）发表论文，报道了距今15.6亿年前的、个体长达30 厘米以上的大型多细胞生物化石群。这是关于地球早期生命演化研究领域中一项新的重大科学发现，将地球上大型多细胞生物的出现时间提前了将近10亿年。

此次报道的大型多细胞化石群发现于河北迁西县和宽城县境内，地处燕山山脉南麓。该地区大面积出露距今15亿年前后的“中元古代”沉积岩石地层，使之成为全球揭示该时期地球演化奥秘的经典研究地区之一。该化石群最早由中国地质科学院天津地质矿产研究所朱士兴研究员及其同事发现，含化石的地层称之为“高于庄组”，因而可称为“高于庄化石群”。化石以灰褐色的有机碳质膜的形式保存在岩石中。发现的化石包括带状、舌状、楔形和长卵形等多种形态类型。其中一种最大的舌形化石长达28.6厘米，宽度近8 厘米；另一种带状化石长度可达30 厘米以上，宽度可达4.5厘米；部分标本可见明显的底部固着器官。同时，在含大化石群的岩石中，还发现了保存精美的生物多细胞组织碎片。综合分析化石形态、多细胞组织结构等生物学特征，并与现代海洋带状藻类生物进行比较，研究者认为这些化石是一类具有形态分异的多细胞藻类生物，它们可能通过光合作用固着生活在距今15.6亿前的浅海中。

生命大约自40亿年前在地球上出现以来，之后差不多30多亿年的演化过程被认为非常缓慢，直到距今6亿年前都一直以肉眼不可见的微型、简单的微生物形式存在。迄今为止，已知全球发现最早的、个体达到肉眼可辨的生物化石是一种生活在距今18—14亿年前海洋中的丝状体化石，且生物学属性不明，称之为“卷曲藻”（Grypania），丝状体的直径小于2mm。而目前全球发现最早的、个体大小可与高于庄化石群比拟的大型多细胞生物化石均发现于距今6亿年前后的地层中。由此可见，高于庄化石群的发现将地球上大型复杂多细胞生物的出现时间提前了将近10亿年，彻底颠覆了以往的认识。尽管与6亿年前的“埃迪卡拉纪”多细胞生物化石相比较，高于庄化石群的形态多样性和复杂性要小许多。

这一新的发现具有非常重要的科学意义。当今地球科学研究表明，距今18—8亿年前的地球表层岩石圈、大气圈、水圈和生物圈维持在近乎不变的“稳定”状态。因而，这个长达10亿年的地球时期被学术界称之为“枯燥的10亿年”（Boring Billion），或者“地球的中世纪”（Earth’s Middle Age）。 高于庄化石群的发现则表明，所谓的“枯燥的10亿年”地球可能并不枯燥，当时的海洋生物出现了高可达30 厘米、宽可达8厘米的、类型多样的多细胞藻类生物，据此可推测伴随生物这种演化水平的地球环境同样应该发生了明显的改变。因而，这一新的发现不仅改变了以前关于地球生命早期演化的既有认识，也为重新从不同角度探索距今18—8亿年前地球系统演化的奥秘提供了新的思考

该项研究得到国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划（973计划）等项目的资助。

论文相关信息: Zhu, S., Zhu, M.*, Knoll, A.H., Yin, Z., Zhao, F., Sun, S., Qu, Y., Shi, M., Liu, H. 2016. Decimetre-scale multicellular eukaryotes from the 1.56-billion-year-old Gaoyuzhuang Formation in North China. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms11500.