6億年前甕安胚胎化石細胞核埋藏機制研究取得新進展
論文登上了雜志封面
甕安生物群中一枚破損的胎化胚胎化石(Megasphaera)標本，每個細胞內都保存了一個外輪廓規則的石細細胞核，細胞核內部發生了多次期、胞核多重礦物相交代和充填
活組織細胞核腐解埋藏學模擬實驗，結果顯示8周內在無氧條件、億年研究還原條件下細胞核的前甕抗腐爛能力均優于細胞質
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院南京地質古生物研究所：細胞核結構在化石記錄中非常稀少，但它們作為真核細胞的安胚重要判定特征，對探索真核生物的胎化起源與早期演化有重要的意義。近日，石細中國科學院南京地質古生物研究所殷宗軍研究員領銜的胞核國際合作團隊在距今6億年的甕安胚胎化石中發現了多種礦化模式的細胞核結構，并結合埋藏學模擬實驗，重構了這些細胞核結構的埋藏過程，豐富了人們對細胞核保存潛力的傳統認識。相關研究于近日以封面文章的形式發表在英國皇家學會旗下主打學科交叉的雜志Interface Focus上。
細胞核作為鑒別真核生物最重要的亞細胞結構，理應在評估早期真核生物化石記錄、探索真核生物的起源和早期演化等方面中扮演重要角色。然而，由于細胞核難以在常規化石埋藏窗口中保存，故長期以來不少學者認為細胞核太容易腐爛降解，因而早期真核生物的細胞核幾乎不可能在化石記錄中保存下來，這使得在前寒武紀化石記錄中追索真核生物起源的線索主要依靠細胞尺寸、細胞骨架復雜程度、有氧呼吸和固醇合成能力等間接證據，細胞核等亞細胞結構在探索真核生物起源的研究中長期缺位。但實際上細胞核并非無法保存，前人已報道了不少保存精美的細胞核結構，甚至細胞核中的染色體都能礦化保存下來，這些記錄分布在地質歷史的不同時期，既涉及動物細胞也涉及植物組織。因此理論上早期真核生物的細胞核結構不僅可以在特異埋藏窗口中發現，而且能為評估真核生物的起源提供重要線索。
如要在早期真核化石記錄中識別細胞核結構，充分發揮這些化石記錄在重建真核生物起源過程中的潛力，那么探明細胞核的埋藏潛力，重建其埋藏路徑和礦化模式則尤為重要。鑒于此，研究人員聚焦距今6.09億年的甕安生物群中的胚胎化石——它們在亞細胞級別上保存了包括細胞核在內的精美生物學結構。甕安胚胎化石中的核狀結構最初在2006年被發現(Hagadorn et al., 2006)，而對于該結構的解釋則一波三折充滿爭論(Chen et al., 2009; Huldtgren et al., 2011; Schiffbauer et al., 2012)。此前殷宗軍等人通過三維無損成像和體數據定量統計分析等手段證實甕安胚胎化石細胞中大的核狀結構最可能是細胞核(Yin et al., 2017)，而不是成巖作用形成的假像。不過，這些細胞核結構的埋藏和礦化過程仍然是未知之謎。
最近，中國科學院南京地質古生物研究所博士生孫瑋辰、殷宗軍研究員、朱茂炎研究員，與中國地質科學院地質研究所劉鵬舉研究員、英國布里斯托大學John Cunningham博士、Philip Donoghue教授等合作，從正、反演結合的視角，一方面聯用多種顯微學和顯微譜學技術包括顯微CT、同步輻射斷層成像、背散射掃描電子顯微成像、能譜和共聚焦顯微拉曼光譜技術等，對甕安胚胎化石的細胞核的顯微結構和原位元素、礦物成分進行了高分辨率、高精度分析；另一方面采用埋藏學模擬實驗，設置對照腐解實驗評估細胞核的腐解速度和埋藏潛力。
綜合結果顯示，細胞核結構由于有細胞膜和核膜的雙重保護，其降解速率并無傳統觀念認為的那樣快，因此甕安胚胎化石的細胞礦化過程中細胞質部分往往先于細胞核發生礦化。相較于細胞質，細胞核不僅更抗腐解，而且在由外而內的磷酸鹽化過程中往往較難直接礦化。以上來自化石記錄和實驗的證據揭示了一個埋藏路徑：優先礦化的細胞質為細胞核形成了一個外模，對細胞核起到一定程度的保護作用，而更耐腐爛的細胞核會在后期的埋藏過程腐解殆盡被不同礦化充填，或者未完全腐解而被不同礦物交代。
這項研究不僅為理解甕安生物群中細胞核結構的保存機制提供了依據，還為在磷酸鹽化胚胎化石中識別細胞核結構提供了參考。該研究質疑了細胞核不能在早期真核化石記錄中保存的傳統觀點，為重新研究早期真核生物化石記錄中的核狀結構，追溯真核生命早期演化史提供了新的啟示。
該研究受到中國科學院戰略先導專項（B）、國家自然基金（NSFC）、中科院青年創新促進會和英國環境理事會（NERC）共同資助資助。
論文相關信息： Weichen Sun, Zongjun Yin*, John A. Cunningham, Pengju Liu, Maoyan Zhu and Philip C. J. Donoghue*. Nucleus preservation in early Ediacaran Weng'an embryo-like fossils, experimental taphonomy of nuclei and implications for reading the eukaryote fossil record. Interface Focus 10: 20200015.http://dx.doi.org/10.1098/rsfs.2020.0015
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