威斯腾促销
安诺优达携手中科院遗传所共同举办基因组学研讨会,想不想免费参加?
贝康招聘

研究发现陡山沱化石并非硫珠菌

2011/12/19 来源:科学网
分享: 
导读
在5.7亿年前,一些生物体在今天的中国南方神秘地死去。随着它们的死亡,这些细胞腐烂并通过一个被称为磷酸化的过程形成了自己的盐副本。当所谓的陡山沱化石发掘后,它们的发现者相信,这些死亡的细胞是早期的动物胚胎,这将使它们成为迄今发现的最古老动物。

对陡山沱化石进行的高分辨率分析表明,它们并没有像硫珠菌那样腐烂。图片来源:J. A. Cunningham等,《皇家学会学报B》

曾几何时,在5.7亿年前,一些生物体在今天的中国南方神秘地死去。随着它们的死亡,这些细胞腐烂并通过一个被称为磷酸化的过程形成了自己的盐副本。当这些所谓的陡山沱化石在1997年被发掘出土后,它们的发现者相信,这些死亡的细胞是早期的动物胚胎,这将使它们成为迄今发现的最古老动物。而有些科学家则认为,它们并不是动物,转而只是一些被称为硫珠菌(Thiomargarita)的大型硫代谢细菌。没有人知道这些化石到底是什么,但是一个研究小组如今提出,如果你看一下死亡的硫珠菌细胞,就会发现它们与陡山沱化石一点都不像,表明这些遗迹并不是细菌。

陡山沱化石是独特的,因为它们保存得如此完好。并未参与该项研究的爱尔兰都柏林大学学院的古生物学家Patrick Orr表示,如果这些化石真是动物胚胎,那么它们将提供“在地质学记录中没有留下印记的发育阶段,以及动物进化最早期阶段的真正洞察”。但问题是,“你无法将一块化石与现存的版本进行比较”。

因此英国布里斯托大学的古生物学家Philip Donoghue和同事决定研究死亡的硫珠菌和死亡的胚胎是如何“散架”的。Donoghue表示,在一种受控的方式下这样做是很困难的。“很多人做这种实验会把样品黏在一个桶里,并观察它的腐烂。”实际过程则非常复杂,包括存在于环境中的细菌、真菌和某些矿物质。他说,当研究小组试图用硫珠菌完成他们的试验时,“我们试着用很多手段来杀死这种细菌”。尽管研究人员采用了有毒化合物、药物以及极端条件,例如高温,但“它耐受住了我们所有的努力”。最终,研究人员放弃了,转而寻找之前死亡的硫珠菌,在沉积物样本中发现不同死亡阶段和腐烂细菌的例证。

利用来自一部同步加速器的X射线,研究人员获得了死亡硫珠菌、死亡海胆胚胎,以及一些原始陡山沱化石的三维图像。他们在12月6日的英国《皇家学会学报B》上报告说,部分死亡和完全死亡的细菌图像看起来与著名的化石一点也不一样。首先,硫珠菌细胞在腐烂后变成了空球体,而陡山沱化石则表现出了大量内部结构的证据。

Donoghue认为,陡山沱化石很可能是通过模板保存的——这一过程是指生活在海洋中的细菌通过一层生物膜包裹在大型死亡生物体的表面。当生物膜中的细菌死亡后,它们的细胞会成为磷酸盐,并呈现出大型生物体的形状。因此当研究人员发现这些化石时,它们实际上看到的是生物膜外衣的残留物,而非最初的生物体。

研究人员尝试着复制这一过程,其在海胆胚胎中很成功。但当Donoghue的研究小组试图在硫珠菌上形成一个生物膜时,这一过程并不是很有效。硫珠菌细胞并没有留下自己的模板,而是“崩溃”了。因此作者断定,陡山沱化石不可能是硫珠菌。

美国洛杉矶市南加州大学的地质生物学家Frank Corsetti表示:“我喜欢这项试验工作。”Corsetti领导的初始研究表明陡山沱化石可能是硫珠菌。但他认为,仅因为生物膜细菌能够磷酸化胚胎而非硫珠菌,并不意味着化石便是通过这一过程形成的。不过他仍然说:“这是一个很好的开始。”

Donoghue表示,他的研究小组将继续对这些著名的化石进行研究,希望能够勾勒出这些生物体死后的更多信息。他说,腐烂的过程“并没有得到充分的解释”。


Experimental taphonomy of giant sulphur bacteria: implications for the interpretation of the embryo-like Ediacaran Doushantuo fossils

Cunningham, J. A.; Thomas, C.-W.; Bengtson, S.; Marone, F.; Stampanoni, M.; Turner, F. R.; Bailey, J. V.; Raff, R. A.; Raff, E. C.; Donoghue, P. C. J.

The Ediacaran Doushantuo biota has yielded fossils interpreted as eukaryotic organisms, either animal embryos or eukaryotesbasal or distantly related to Metazoa. However, the fossils have been interpreted alternatively as giant sulphur bacteriasimilar to the extant Thiomargarita. To test this hypothesis, living and decayed Thiomargarita were compared with Doushantuo fossils and experimental taphonomic pathways were compared with modern embryos. In the fossils,as in eukaryotic cells, subcellular structures are distributed throughout cell volume; in Thiomargarita, a central vacuole encompasses approximately 98 per cent cell volume. Key features of the fossils, including putative lipidvesicles and nuclei, complex envelope ornament, and ornate outer vesicles are incompatible with living and decay morphologiesobserved in Thiomargarita. Microbial taphonomy of Thiomargarita also differed from that of embryos. Embryo tissues can be consumed and replaced by bacteria, forming a replica composed ofa three-dimensional biofilm, a stable fabric for potential fossilization. Vacuolated Thiomargarita cells collapse easily and do not provide an internal substrate for bacteria. The findings do not support the hypothesis thatgiant sulphur bacteria are an appropriate interpretative model for the embryo-like Doushantuo fossils. However, sulphur bacteriamay have mediated fossil mineralization and may provide a potential bacterial analogue for other macroscopic Precambrian remains.

文献链接:http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/early/2011/12/01/rspb.2011.2064

本网站所有注明“来源:生物探索”的文字、图片和音视频资料,版权均属于生物探索所有,其他平台转载需得到授权。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(editor@biodiscover.com),我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。