2024年1月24日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎领导的“地球-生命系统早期演化”团队在《科学进展》（Science Advances）杂志发表最新研究成果，报道了华北燕山地区16.3亿年前地层中发现多细胞真核生物化石。这些保存精美细胞结构的微体化石被认为是迄今全球发现最早的多细胞真核生物化石记录。这是继2016年在燕山地区发现15.6亿年前全球最早的宏体多细胞真核生物化石之后，该团队在早期生命演化领域中的又一项重要突破，将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了7千万年。

串岭沟组中发现的壮丽青山藻. 化石保存为有机质壁构成的多细胞丝状体，显示细胞大小的变化引起的丝状体形态变化. 丝状体直径向一端收缩（A-D, F-I, K），丝状体直径不变（J），保存有完整端

真核生物谱系发生树简化图和真核生物早期重要化石记录. 真核生物树中，虚线表示干群真核生物，实线表示冠群真核生物（真核生物最后共同祖先LECA及其所有后裔）. 分歧点上的浅灰色条带表示分子钟估算

含有孢子结构的壮丽青山藻. 比例尺对于A, C, D和F代表50微米

做脚踏实地的实验研究：用八年“泡化石”，从显微镜下挑“头发丝”

当今地球上我们熟知的所有复杂生命，包括形态各异的动物、陆生植物、真菌和宏体藻类都是多细胞真核生物，因此真核生物的多细胞化是生命向复杂化和大型化演化的必备条件，被认为是生命演化史上的重大关键事件之一。然而，真核生物最早何时发生多细胞化？即多细胞真核生物何时在地球上开始出现？截至目前，学界对这一重大科学问题并无明确的答案和证据。

2016年，朱茂炎团队联合中国地质调查局天津地质调查中心研究员朱士兴等国内外同行，在《自然通讯》上报道了燕山地区15.6亿年前的宏体多细胞真核生物化石的发现。这一发现突破了学界以往的认知，不仅将地球上大型多细胞真核生物的出现时间从以前认为的6亿年前提前了将近10亿年，并由此推断真核生物发生多细胞化的时间应该更早。

为了论证这一推断，团队成员苗兰云自博士研究生开始，就将在燕山地区早于16亿年前的古元古代晚期“长城系”地层中寻找多细胞真核化石记录作为研究课题。在长达近8年的时间内，对燕山地区多个剖面点上采集了数百件长城系页岩样品。通过氢氟酸和盐酸等实验处理，获得大量微体化石标本。

氢氟酸可能很少有人知道，但提起《绝命毒师》里的“化尸水”，可能你就能知道，这种试剂多么凶险。“我那个化石不是全是有机质的，我们需要把矿物溶解过之后，剩下的化石就这里面挑出来的。因为剩下的全是微体的，我也看不到，所以全都是在显微镜底下把它给挑出来的。”为了找到这些像头发丝般的“家伙”，苗兰云他们每年都要去河北燕山地区采样，因为那里是全球保存良好的古陆块之一。每次都会托运回上百公斤的石头，石头运回来后，苗兰云他们就投入了实验中。在发现大量多种类型的单细胞真核生物化石的同时，终于在河北省宽城县翁家庄剖面长城系串岭沟组上部，发现了本次报道的微体多细胞真核生物化石。其中的锆石铀-铅同位素定年结果为16.35亿年，为新发现的化石提供了直接的年龄约束。从2015年研究这个课题，到2021年发现，再到今天得到认证，朱茂炎带着苗兰云他们用八年年复一年的实验，将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了7千万年。为推断，安上了“实锤”。

远古生命进行曲：真核生物最后共同祖先应不晚于16.3亿年之前的古元古代晚期

扬子晚报记者了解到，这批发现的化石标本一共278枚，它们是由单列细胞组成的无分枝的丝状体，丝状体直径20-194微米不等，最长可达860微米，无外鞘。因保存不完整，完整的丝状体长度未知。

“当初的研究者将这些化石解释为原始绿藻，或许因为化石图片不清晰，生物学解释的证据不够充分，故自1989年报道以来并未引起国内外同行的关注。”朱茂炎说，此次研究中一个重要的新发现是，壮丽青山藻的部分细胞内含有直径约15-20微米大小的圆形结构，位于细胞的中间或接近横向细胞壁的位置。圆形结构形态完整规则，质地均匀，大小和形态上可与现生的某些真核藻类的无性孢子类比，被解释为一种繁殖细胞。

“目前学界普遍接受的真核生物最早化石记录发现于我国华北和澳大利亚北部距今约16.5亿年之前的古元古代晚期地层中。”朱茂炎表示，如果壮丽青山藻可以确认为是营光合作用的真核藻类，那么真核生物最后共同祖先应不晚于16.3亿年之前的古元古代晚期，比当前学界普遍接受的时间提前了近6亿年之久，为进一步揭示复杂生命的起源和早期演化过程的奥秘以及元古宙地球环境演变提供了新的思考。

众所周知，生物演化遵循着从简单到复杂，从低等到高等，从水生到陆生的演化规律。那么，地球早期的生命形态是什么样子的？生命演化过程中又经历了哪些大事件呢？38亿年前的地球火山活动频繁，构造运动强烈。原始海洋是热的，甚至是沸腾的，而原始大气是缺氧的，充斥着甲烷、硫化氢等，只有嗜热嗜盐的细菌类才能够在如此恶劣的环境中生存。这类最古老的生命代谢方式可能是化学无机自养的，以二氧化碳为食物，通过硫呼吸。

但由于真核生物的代谢方式属于有氧代谢，为需氧过程，其过程离不开氧气，因此真核生物只能在地球大气圈中含氧量达到一定程度时出现。“我们目前做的工作实际上也可以验证当时的海洋环境和主流推论得一不一样。”苗兰云表示，研究对于了解真核生物起源与早期演化具有重要作用。地球环境变化不仅影响着生物圈，而且与其他圈层的变化能够建立耦合关系。以地球系统科学为理念，将生物圈与其他圈层，进行多尺度、多角度、多学科的交叉融合，有助于探索地球早期生命的演化历程。

实习生 王信辰

扬子晚报/紫牛新闻记者 徐媛园

校对 李海慧

编辑 刘丽