中、德、英三國(guó)古生物學(xué)者在1億年前的白堊紀(jì)緬甸琥珀中，發(fā)現(xiàn)了迄今最早的動(dòng)物精子，將相關(guān)化石記錄時(shí)間提前了約5000萬(wàn)年。

　　動(dòng)物最早的精子什么樣？一種動(dòng)物為何上億年來(lái)保持同一種交配方式？看起來(lái)小不點(diǎn)的家伙，為何擁有巨型精子？

　　9月16日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所一場(chǎng)特殊的發(fā)布會(huì)，揭開(kāi)了一億年前介形蟲(chóng)有性生殖行為的奧秘。

　　介形蟲(chóng)是一種具有雙瓣殼的水生微型甲殼類(lèi)動(dòng)物，大小通常1毫米左右。現(xiàn)生的介形蟲(chóng)有上萬(wàn)種之多，別看它體型微小、毫不起眼，但是生命力和適應(yīng)能力極其強(qiáng)大，而且它在地球上已經(jīng)生存了將近5億年，比起人類(lèi)可久遠(yuǎn)得多。

　　2017年，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物所獲得一塊來(lái)自緬甸的琥珀化石，利用高分辨率顯微斷層掃描技術(shù)（顯微CT）對(duì)琥珀中保存有軟軀體的白堊紀(jì)介形蟲(chóng)化石標(biāo)本進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)介形蟲(chóng)利用巨型精子進(jìn)行有性生殖的行為在一億年前就已存在，該結(jié)果使已知最早的動(dòng)物精子記錄提前了至少5000萬(wàn)年。相關(guān)成果于9月16日作為封面論文在線發(fā)表于英國(guó)《皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊—B輯》上。

　　精子長(zhǎng)度是蟲(chóng)身的三分之一

　　在一個(gè)裝滿(mǎn)了淡綠色水的量杯中，一些白色的“小點(diǎn)點(diǎn)”，正在水草中來(lái)回穿梭、游來(lái)游去?！斑@些就是現(xiàn)生的介形蟲(chóng)，是我在戶(hù)外一個(gè)積滿(mǎn)雨水的托盤(pán)中發(fā)現(xiàn)的。”中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所現(xiàn)代陸地生態(tài)系統(tǒng)起源與早期演化研究團(tuán)隊(duì)的王賀博士告訴記者，在生物分類(lèi)中介形蟲(chóng)是一個(gè)綱。按照界、門(mén)、綱、目、科、屬、種的分類(lèi)來(lái)看，介形蟲(chóng)的家族很大，現(xiàn)生的介形蟲(chóng)種類(lèi)有上萬(wàn)種。

　　2017年，王賀博士和該所王博研究員等發(fā)現(xiàn)一枚獨(dú)特的琥珀化石，透明的琥珀中夾雜著一些黑色的小點(diǎn)。經(jīng)過(guò)協(xié)商，他們把這枚琥珀化石帶回所里通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這些黑色的小點(diǎn)就是介形蟲(chóng)。

　　“介形蟲(chóng)在海相和陸相的沉積巖中很常見(jiàn)，但是琥珀化石非常罕見(jiàn)，這是已知發(fā)現(xiàn)的第二枚，但是另一枚沒(méi)有保存介形蟲(chóng)的軟軀體?！蓖踬R告訴科技日?qǐng)?bào)記者，該枚琥珀重0.676克，長(zhǎng)17.5毫米、寬13.5毫米、厚4毫米，共保存了39個(gè)介形蟲(chóng)化石標(biāo)本。介形蟲(chóng)個(gè)體最大0.59毫米，最小0.24毫米。

　　經(jīng)過(guò)與德國(guó)和英國(guó)科研人員合作，他們利用顯微CT對(duì)其中的11個(gè)標(biāo)本進(jìn)行分析，通過(guò)近一年的高精度三維圖像重建工作，精細(xì)還原了這些介形蟲(chóng)的殼體和軟軀體的形態(tài)特征，包括附肢、抱握器、曾克氏器（精子泵）、半陰莖、儲(chǔ)精囊、卵和巨型精子。

　　“顯微CT的好處是可以不破壞化石，就能獲得完整的三維立體成像，對(duì)于這類(lèi)微小化石的研究特別重要?！蓖踬R說(shuō)道。

　　通過(guò)顯微CT，研究人員看到了不可思議的一幕：這些白堊紀(jì)的介形蟲(chóng)，擁有巨型精子，長(zhǎng)度達(dá)到200微米，也就是0.2毫米，是它身長(zhǎng)的1/3。要知道，人類(lèi)的精子長(zhǎng)度只有20微米而已。

　　“這個(gè)比例是非常驚人的，大家可以想象一下，如果人類(lèi)的精子也達(dá)身高的1/3，是什么樣子?！蓖踬R說(shuō)，更重要的是，這些精子刷新了動(dòng)物界最早精子的紀(jì)錄，此前是在南極發(fā)現(xiàn)的5000萬(wàn)年前環(huán)節(jié)動(dòng)物的精子化石。

　　有性生殖行為1億年前就已存在

　　介形蟲(chóng)一般生活在水體之中，淡水咸水中都有它們的身影。

　　經(jīng)過(guò)還原，這枚琥珀化石中的介形蟲(chóng)當(dāng)時(shí)生活在靠近海邊的瀉湖中，湖邊長(zhǎng)滿(mǎn)了紅樹(shù)林。它們歸屬于三個(gè)不同的類(lèi)群，并含有從幼年到成年的較完整發(fā)育序列。

　　某一天，一大滴樹(shù)膠滴落在湖邊的淺灘上，這些介形蟲(chóng)瞬間被包裹在其中，動(dòng)彈不得。它們的外殼和軟軀體都得到完整的保留。

　　“絕大多數(shù)介形蟲(chóng)化石只保存有鈣化的殼，軟體部分（附肢和身體等）通常難以保存下來(lái)。但這些軟體結(jié)構(gòu)往往能夠提供許多重要的古行為學(xué)信息，如生殖行為?！蓖踬R說(shuō)，所以科學(xué)家只知道數(shù)億年前介形蟲(chóng)就已存在，卻不知它們?nèi)绾紊罘毖堋?/p>

　　基于化石功能形態(tài)學(xué)分析及現(xiàn)生介形蟲(chóng)的形態(tài)和生態(tài)學(xué)觀察，研究人員發(fā)現(xiàn)化石中的介形蟲(chóng)與現(xiàn)生種類(lèi)具有相同的抱握器、曾克氏器（精子泵）、半陰莖、儲(chǔ)精囊、巨型精子等。

　　他們研究認(rèn)為，在一億年前，介形蟲(chóng)在進(jìn)行有性生殖時(shí)，雄性通過(guò)鉤狀抱握器抓住雌性并將半陰莖伸入雌性個(gè)體內(nèi)。交配過(guò)程中，雄性通過(guò)曾克氏器（精子泵）將巨型精子送入雌性體內(nèi)。這一過(guò)程長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘之久。

　　巨型精子進(jìn)入雌性體內(nèi)后，被儲(chǔ)存在儲(chǔ)精囊內(nèi)，隨后精子開(kāi)始具有活性，并與卵子結(jié)合完成受精過(guò)程。

　　“在雌性介形蟲(chóng)儲(chǔ)精囊內(nèi)有許多巨型精子，像一團(tuán)亂麻一樣纏繞在一起，但是雄性一次交配只能射出一枚精子，至于究竟哪顆精子能與卵子結(jié)合，可能是隨機(jī)也可能由雌性介形蟲(chóng)選擇。”王賀介紹說(shuō)。

　　該化石研究表明，與現(xiàn)代介形蟲(chóng)有性生殖相關(guān)的生殖器官（如抱握器、曾克氏器等）至少在白堊紀(jì)中期就已形成，其形態(tài)特征在一億年間沒(méi)有發(fā)生改變，同時(shí)也進(jìn)一步表明介形蟲(chóng)的這種利用巨型精子進(jìn)行有性生殖的行為在一億年前就已存在。

　　“我們認(rèn)為，這種包含巨型精子的復(fù)雜生殖行為提高了介形蟲(chóng)交配的成功率，促進(jìn)了非海相介形蟲(chóng)類(lèi)在晚中生代的輻射演化。而這種持續(xù)上億年不變的有性生殖行為，為演化停滯現(xiàn)象提供了一個(gè)重要實(shí)例。”王賀告訴記者。

　　研究介形蟲(chóng)化石有助重建古環(huán)境

　　介形蟲(chóng)化石不僅具有重要的生物地層學(xué)意義，在油氣勘探中是不可或缺的化石門(mén)類(lèi)之一，而且在古環(huán)境重建和生物演化研究中也扮演著重要的角色。

　　在地質(zhì)古生物學(xué)研究中，介形蟲(chóng)與孢粉、有孔蟲(chóng)、放射蟲(chóng)等都被稱(chēng)為微體化石，它們需要借助顯微鏡才能看到。

　　微體化石堪稱(chēng)尋找地球資源的“金鑰匙”，科學(xué)家通過(guò)研究微體化石就能解決勘探和尋找能源的地層問(wèn)題。

　　石油、天然氣、煤炭和頁(yè)巖氣都和古生物有非常密切的關(guān)系，動(dòng)植物大量死亡之后經(jīng)過(guò)地層學(xué)的埋藏最后才能形成能源。

　　當(dāng)鉆到地下7000米取巖芯時(shí)，成本非常高，樣品也很少，大的生物化石很難找到，只能靠這些細(xì)小的微體化石才能在巖芯中找到能源留下的蛛絲馬跡。

　　因?yàn)槲Ⅲw化石在地層中數(shù)量很大，因此具有較強(qiáng)的指示作用，可以幫助科學(xué)家確定地層年代，尋找石油、天然氣等礦產(chǎn)資源。

　　專(zhuān)家不僅在顯微鏡下觀察微體化石，還給這些小蟲(chóng)照紅外線，進(jìn)行CT掃描，希望還原它們微米級(jí)的形態(tài)特征，因?yàn)檫@對(duì)中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)非常重要，依靠這些不起眼的小化石，我們或許可能找到石油、天然氣、煤炭、頁(yè)巖氣的大寶藏。

　　“比如這次我們發(fā)現(xiàn)的介形蟲(chóng)屬于白堊紀(jì)，如果地質(zhì)勘探部門(mén)在鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)介形蟲(chóng)，那我們就知道上下地層的大致年代，我國(guó)的大慶油田產(chǎn)油層就屬于白堊紀(jì)。”王賀介紹說(shuō)。

　　而每種生物都有自己獨(dú)特生活習(xí)性和分布規(guī)律，據(jù)此及相關(guān)的巖性資料可以推測(cè)出地層單元形成時(shí)的水體環(huán)境和氣候條件，這種條件反過(guò)來(lái)又會(huì)控制著地層的形成和分布，因而也控制著烴源巖和儲(chǔ)集巖的形成和分布。