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1亿年前动物怎么“造娃”? 琥珀中巨型精子告诉你谜底

日期:2020-09-24 浏览:

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中、德、英三国古生物学者在1亿年前的白垩纪缅甸琥珀中,发现了迄今最早的动物精子,将相关化石纪录时间提前了约5000万年。

动物最早的精子什么样?一种动物为何上亿年来保持同一种交配方式?看起来小不点的家伙,为何拥有巨型精子?

9月16日,中国科学院南京地质古生物研究所一场特殊的发布会,揭开了一亿年前介形虫有性生殖行为的秘密。

介形虫是一种具有双瓣壳的水生微型甲壳类动物,巨细通常1毫米左右。现生的介形虫有上万种之多,别看它体型细小、绝不起眼,然则生命力和适应能力极其壮大,而且它在地球上已经生计了快要5亿年,比起人类可久远得多。

2017年,中国科学院南京地质古生物所获得一块来自缅甸的琥珀化石,行使高分辨率显微断层扫描手艺(显微CT)对琥珀中保留有软躯体的白垩纪介形虫化石标本举行了研究,发现介形虫行使巨型精子举行有性生殖的行为在一亿年前就已存在,该效果使已知最早的动物精子纪录提前了至少5000万年。相关成果于9月16日作为封面论文在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》上。

精子长度是虫身的三分之一

在一个装满了淡绿色水的量杯中,一些白色的“小点点”,正在水草中往返穿梭、游来游去。“这些就是现生的介形虫,是我在户外一个积满雨水的托盘中发现的。”中国科学院南京地质古生物研究所现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队的王贺博士告诉记者,在生物分类中介形虫是一个纲。根据界、门、纲、目、科、属、种的分类来看,介形虫的家族很大,现生的介形虫种类有上万种。

2017年,王贺博士和该所王博研究员等发现一枚怪异的琥珀化石,透明的琥珀中夹杂着一些玄色的小点。经由协商,他们把这枚琥珀化石带回所里通过显微镜考察发现,这些玄色的小点就是介形虫。

“介形虫在海相和陆相的沉积岩中很常见,然则琥珀化石异常罕有,这是已知发现的第二枚,然则另一枚没有保留介形虫的软躯体。”王贺告诉科技日报记者,该枚琥珀重0.676克,长17.5毫米、宽13.5毫米、厚4毫米,共保留了39个介形虫化石标本。介形虫个体最大0.59毫米,最小0.24毫米。

经由与德国和英国科研人员互助,他们行使显微CT对其中的11个标本举行剖析,通过近一年的高精度三维图像重修事情,精致还原了这些介形虫的壳体和软躯体的形态特征,包罗附肢、抱握器、曾克氏器(精子泵)、半阴茎、储精囊、卵和巨型精子。

“显微CT的利益是可以不损坏化石,就能获得完整的三维立体成像,对于这类细小化石的研究稀奇主要。”王贺说道。

通过显微CT,研究人员看到了难以想象的一幕:这些白垩纪的介形虫,拥有巨型精子,长度到达200微米,也就是0.2毫米,是它身长的1/3。要知道,人类的精子长度只有20微米而已。

“这个比例是异常惊人的,人人可以想象一下,若是人类的精子也达身高的1/3,是什么样子。”王贺说,更主要的是,这些精子刷新了动物界最早精子的纪录,此前是在南极发现的5000万年前环节动物的精子化石。

有性生殖行为1亿年前就已存在

介形虫一样平常生涯在水体之中,淡水咸水中都有它们的身影。

经由还原,这枚琥珀化石中的介形虫那时生涯在靠近海边的泻湖中,湖边长满了红树林。它们归属于三个差别的类群,并含有从幼年到成年的较完整发育序列。

某一天,一大滴树胶滴落在湖边的浅滩上,这些介形虫瞬间被包裹在其中,动弹不得。它们的外壳和软躯体都获得完整的保留。

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“绝大多数介形虫化石只保留有钙化的壳,软体部门(附肢和身体等)通常难以保留下来。但这些软体结构往往能够提供许多主要的古行为学信息,如生殖行为。”王贺说,以是科学家只知道数亿年前介形虫就已存在,却不知它们若何生涯繁衍。

基于化石功效形态学剖析及现生介形虫的形态和生态学考察,研究人员发现化石中的介形虫与现生种类具有相同的抱握器、曾克氏器(精子泵)、半阴茎、储精囊、巨型精子等。

他们研究以为,在一亿年前,介形虫在举行有性生殖时,雄性通过钩状抱握器捉住雌性并将半阴茎伸入雌性个体内。交配历程中,雄性通过曾克氏器(精子泵)将巨型精子送入雌性体内。这一历程长达数十分钟之久。

巨型精子进入雌性体内后,被储存在储精囊内,随后精子最先具有活性,并与卵子连系完成受精历程。

“在雌性介形虫储精囊内有许多巨型精子,像一团乱麻一样缠绕在一起,然则雄性一次交配只能射出一枚精子,至于事实哪颗精子能与卵子连系,可能是随机也可能由雌性介形虫选择。”王贺先容说。

该化石研究解释,与现代介形虫有性生殖相关的生殖器官(如抱握器、曾克氏器等)至少在白垩纪中期就已形成,其形态特征在一亿年间没有发生改变,同时也进一步解释介形虫的这种行使巨型精子举行有性生殖的行为在一亿年前就已存在。

“我们以为,这种包罗巨型精子的庞大生殖行为提高了介形虫交配的成功率,促进了非海相介形虫类在晚中生代的辐射演化。而这种连续上亿年稳定的有性生殖行为,为演化阻滞征象提供了一个主要实例。”王贺告诉记者。

研究介形虫化石有助重修古环境

介形虫化石不仅具有主要的生物地层学意义,在油气勘探中是不可或缺的化石门类之一,而且在古环境重修和生物演化研究中也扮演着主要的角色。

在地质古生物学研究中,介形虫与孢粉、有孔虫、放射虫等都被称为微体化石,它们需要借助显微镜才气看到。

微体化石堪称寻找地球资源的“金钥匙”,科学家通过研究微体化石就能解决勘探和寻找能源的地层问题

石油、天然气、煤炭和页岩气都和古生物有异常亲切的关系,动植物大量殒命之后经由地层学的埋藏最后才气形成能源。

当钻到地下7000米取岩芯时,成本异常高,样品也很少,大的生物化石很难找到,只能靠这些细小的微体化石才气在岩芯中找到能源留下的蛛丝马迹。

由于微体化石在地层中数目很大,因此具有较强的指示作用,可以辅助科学家确定地层年月,寻找石油、天然气等矿产资源。

专家不仅在显微镜下考察微体化石,还给这些小虫照红外线,举行CT扫描,希望还原它们微米级的形态特征,由于这对中国能源经济异常主要,依赖这些不起眼的小化石,我们或许可能找到石油、天然气、煤炭、页岩气的大宝藏。

“好比这次我们发现的介形虫属于白垩纪,若是地质勘探部门在钻探历程中发现介形虫,那我们就知道上下地层的大致年月,我国的大庆油田产油层就属于白垩纪。”王贺先容说。

而每种生物都有自己怪异生涯习性和漫衍纪律,据此及相关的岩性资料可以推测出地层单元形成时的水体环境和天气条件,这种条件反过来又会控制着地层的形成和漫衍,因而也控制着烃源岩和储集岩的形成和漫衍。