寒武纪古生物图鉴（寒武纪早期古生物的演化史）

寒武纪是地质时间划分上显生宙古生代的第一个世，距今约5.7亿~ 5.1亿年。寒武纪是现代生命的开始阶段，也是地球上现代生命开始出现和发展的时期。寒武纪对我们来说很遥远很陌生，这一时期的地球和大陆的特征与今天完全不同。寒武纪通常被称为& ldquo三叶虫时代& rdquo这是因为寒武纪岩石中的矿化三叶虫结壳比其他组多。

上面古老球状化石的厚囊和微结构。早寒武世宽川堡生物群下面的古球状(显微CT资料)。受访者供图。

爱吃巧克力的人都知道，味道浓郁的费列罗巧克力，以其独特的造型和丰富的层次，回味悠长。然而，一个来自寒武纪的困难化石，它看起来像费里耶罗& mdash& mdash& ldquo古代球蛋& rdquo但是全世界的科学家都让它变得困难。虽然这块古老的化石在形状和结构上看起来很像费里埃罗，但它的真实身份一直是个未解之谜。自从1977年首次报道以来，还没有科学家发现它是什么。

近日，中国科学院南京地质古生物研究所宣布，包括该所副研究员尹宗军在内的一个中美研究团队，通过技术手段证明了古球状化石的生物学特性，研究成果发表在国际知名地学杂志《地质学》上。那么，这个古老的球形化石到底是什么？暴露它的身份有什么意义？

来自寒武纪化石世界& ldquo费里罗& rdquo

& ldquo古代的球状蛋整体呈球形或椭球形，其最外层是不均匀的薄壳，有一层& lsquo夹心层& rsquo最里层是球形生物细胞团& hellip& hellip& rdquo

在中科院南京地质古生物研究所的实验室里，尹宗军为记者描述了高分辨率显微CT观测到的古地球仪的形状特征。

古地球仪产生于5.3亿年前的寒武纪早期。& ldquo在世界许多地方都能找到。我们的标本是在陕西省西乡县发现的，古生物学家此前在华南、加拿大、西伯利亚、澳大利亚等地也发现过。& rdquo尹宗俊说。

肉眼很难发现古地球仪的化石，其直径约为0.4mm & mdash；2 mm，大多数情况下，它只保持一个胶囊(相当于一个蛋壳)，就像一个空心球。囊壁不分层，厚度为20-mdash；约40微米，囊外表面发育有致密的瘤样纹饰，囊壁上发育有许多气孔结构。如果标本保存得很好，可以在胚囊内看到胚胎。

经过数亿年的巨变，古地球仪的化石能保存至今是一个奇迹，因为它的体积太小，在强烈的地质运动面前抗压能力太弱，很多古地球仪在作为化石保存的过程中被压扁。这也引出了它的真理& ldquo身份& rdquo更令人困惑。

显微CT帮助科学家探索古代球形蛋的真身

寒武纪前后，很多至今无法破解& ldquo身份& rdquo困难的化石。比如这个磷酸盐质地，直径1 mm左右的微型化石& mdash& mdash古代的球和蛋。那么，为什么科学家们几十年来一直困惑于它到底是什么？

& ldquo原因可能有二，一是关注古地球仪研究的科学家不多，二是之前的研究工作较早，使用的研究方法和技术比较传统，获得的资料较少，没有足够的证据搞清楚古地球仪是什么。& rdquo尹宗俊说。

过去有古生物学家对古球状卵进行过研究，但基本都是对囊的简单报道和形态学观察，对其完整的三维结构尤其是内部结构知之甚少。由于古代地球仪的头和脑都是圆形的，与动物的蛋颇为相似，有学者推测可能是动物的蛋。但这只是猜测，除了外观和大小的信息，没有其他证据支持这种猜测。

在这项研究中，科学家利用高分辨率显微CT技术，首次从微观角度观察了这种神秘化石的三维结构。这台微型CT的分辨率为0.8微米，是一根头发分辨率的1%。他们选择了一个保存完好的古地球仪化石，里面的胚胎腐烂较少。通过CT扫描，科学家们清楚地看到，古代地球仪最内部的细胞团遵循非生长分裂模式。即随着分裂的进行，细胞的数量在增加，但单个细胞的体积越来越小，细胞团的总体积没有明显变化。这些特征与一些现代水生无脊椎动物的休眠卵非常一致，说明古球状生物很可能是寒武纪早期水生动物的休眠卵。

& ldquo休眠胚胎是休眠卵，也称滞育胚胎，是指发育停滞的胚胎。& rdquo尹宗军说，正常情况下，动物的受精卵会经过胚胎发育阶段发育成幼体和成体，但有些动物，主要是水生无脊椎动物，在外界条件比较恶劣的情况下，比如水中缺氧、食物来源缺乏、温度较低时，会生出一种休眠卵。这种蛋壳很厚，可以起到保护作用。蛋壳内的胚胎发育到一定阶段后，会停滞不前，保持休眠状态，直到。

休眠卵与正常卵的最大区别是休眠卵有一个很厚的包囊，包囊的表面往往发育出复杂的纹饰，这些纹饰保护着胚胎，帮助休眠卵抵御外界的恶劣环境。这种结构在正常发育的卵子中是没有的。

找出& ldquoTiny & rdquo化石具有重要意义

许多人可能不认为他们知道“什么”。古代的球和蛋。身份& rdquo意义有多大。但尹宗俊不这么认为。他说:& ldquo要理解这个意义，我们要从寒武纪大爆发说起& rdquo。

地球有46亿年的历史，但是动物的起源比较晚，寒武纪之前的动物化石记录非常少。寒武纪早期，几乎所有现代动物的祖先类型都出现在海洋中，被称为寒武纪大爆发。这个古老的蛋蛋& ldquoTiny & rdquo但是寒武纪大爆发的目击者之一。& ldquo作为胚胎，它们记录了常规化石无法反映的动物个体发育过程的信息，为我们提供了动物祖先如何发育的实证研究，也为我们提供了现代动物身体结构如何进化的线索。& rdquo尹宗俊说，除此之外，搞清楚古代的球蛋是什么还有三个方面的意义:

一是明确了古地球仪的生物学属性，意味着古地球仪不再是难啃的化石；

第二是要知道& ldquo祖先& rdquo我已经学会使用& ldquo睡一觉吧。熬过最难熬的日子。许多现代水生无脊椎动物，如轮虫、丰收蟹、马蹄蟹(网络名人三眼恐龙虾)，都可以利用休眠胚胎机制来抵御不良环境，繁衍后代。这种独特的发展机制为它们在恶劣环境中生存和拓展生态空间带来了优势。这一发现表明，这种发育机制早在5.3亿年前就存在，并延续至今。说明这种发育机制起源很早，很实用。

第三，暗示了早寒武世世界上许多海洋(浅水)体的氧化程度远非正常。经前人估算，寒武纪早期全球浅海海水含氧量基本达到现代浅海的水平，而古地球仪的全球扩散表明，当时很多地方的浅海环境并没有之前估计的那么好，当时全球海水氧化程度不均匀。

科学家认为，对古球状化石的研究不仅为研究早期动物发育机制的起源和演化以及早寒武世浅海海洋环境的氧化程度找到了一个入口，也为人们重新评价广泛分布于早寒武世的疑似化石的生物学性质带来了新的启示。