埃迪卡拉纪瓮安生物群微体动物化石综合研究

The fossil record has generally been interpreted to document an explosive radiation of animals during the Precambrian-Cambrian transitional interval (Cambrian explosion) yet molecular clocks predict an extensive Precambrian history unrecorded by fossils. One of the most compelling cases for the existence of Precambrian animals, which has the potential to arbitrate between the long versus short fuse models for the timing and tempo of animal diversification, are the animal embryo-like fossils with coexisting potential adult forms of animals (such as sponge- and cnidarian-like microfossils) from the Ediacaran Doushantuo Formation, South China. Debate over the biological interpretation of these fossils is extremely contentious. Here we propose a programme to reconcile debate over the interpretation of the microfossils. Employing state of the art analytical methods including X-ray microtomography and laser confocal microscopy, we will aim to reconstruct ontogenies and life cycles for the key embryo-like fossils including Helicoforamina, Spiralicellular, Cavesphaera and Megasphaera, investigate the biodiversity of those Doushantuo embryo-like fossils, and then draw to a close debate over their biological interpretation and realize, finally, their evolutionary significance, so that diverse research into the evolutionary emergence of animals can build upon the insights it affords into the timing and mechanisms of early metazoan evolution.

后生动物起源和早期演化是古生物学研究的前沿领域之一。化石记录显示几乎所有现生动物身体构型在寒武纪早期呈辐射式出现(即寒武纪大爆发)，而分子钟估算认为动物在成冰纪之前就已崛起。古生物学揭示的动物在生态上的成功和分子生物学推测的动物起源之间有两亿多年的时间差，表明动物在前寒武纪有一段漫长的“隐形”演化史。我国埃迪卡拉纪瓮安生物群在细胞-亚细胞水平上保存了丰富的生物结构，为探索这段 “隐形”动物演化史打开了重要的埋藏窗口。但是瓮安动物胚胎化石和多数动物成体化石均有争议。为解决这些争议，寻找6亿年前的动物化石记录，本项目拟在大量化石材料的基础上，采用先进的三维无损成像技术，重建若干重点化石类型的个体发育过程和生命周期，厘清瓮安动物胚胎状化石的生物多样性，寻找真后生动物化石记录，并对分子生物学的估算进行检测和矫正。本项目的开展将为追溯寒武纪大爆发的源头，破解动物起源和早期演化之谜提供重要线索。

动物起源和早期演化是古生物学和演化生物学领域的前沿科学问题。分子钟估算表明动物在寒武纪之前有一个漫长的隐形演化历史。为重建动物的起源和早期演化过程提供全新的实证，揭示这段重要的隐形历史，项目以我国埃迪卡拉纪瓮安生物群中与动物相关的微体化石为研究对象，综合运用显微结构成像和显微谱学分析技术，包括同步辐射断层成像和显微CT成像等技术、电子显微术、显微拉曼光谱分析和X射线能谱分析等技术，在探索动物发育方式的起源和早期演化、厘定早期后生动物实体化石记录、重建胚胎化石埋藏过程以及推广三维无损成像技术等方面取得了如下进展：（1）重建了瓮安生物群中疑难化石脊笼球化石的发育歌城，发现它们代表了动物胚胎发育方式演化起源的最早化石记录，证明调控动物发育的分子机制在寒武纪大爆发之前就已陆续出现；（2）厘定了瓮安生物群中管状化石的生物学属性，发现它们并非最早的刺细胞动物，而更可能是藻类或者蓝细菌；（3）厘定了胚胎状化石旋孔虫的生物学属性，发现它们是独立的物种，隶属动物总界，表明瓮安生物群中胚胎状化石多样性远超前人预估；（4）提出胚胎化石埋藏新模型，揭示了细胞核保存的多样性，重建了瓮安胚胎化石细胞核的矿化路径。另外，项目负责人通过建设实验室、主编论文专辑、组织专题会议和培训班等工作，为推广三维无损成像等新技术做出贡献。. 项目执行期间共发表与项目研究内容相关的论文11篇，科普文章1篇，其中由项目负责人担任第一作者\通讯作者科研论文共9篇，包括SCI论文6篇（均标记了项目资助），Nature Index论文2篇（均标记了项目资助），含封面论文1篇，CSCD论文2篇（均标记了项目资助）。这些成果多次被包括央视、新华社、纽约时报等国内外主流媒体报道，成果报道2次登上微博热搜，平台点击量最高超过2亿次。关于旋孔虫的研究成果入选了“2019年度中国古生物学十大进展”。项目培养研究生2名，项目执行期间课题负责人入选了中科院青年创新促进会，获批了基金委优秀青年基金。