钙化软骨中的软骨细胞比骨细胞具有更高的保存潜力?埋藏学实验初探

近期,在发现于美国和中国的两例早白垩世恐龙中报道了保存有细胞核物质和生物分子的软骨细胞的存在。基于多种原因,研究人员认为,钙化软骨比骨骼更有可能保存远古细胞。通过针对影响细胞保存的最主要因素:机体死亡后细胞自溶过程的停止,对这一假说进行了首次实验验证。以家鸭(Anas platyrhynchos domesticus)为模型,比较了在不抑制自溶酶的情况下,自然埋藏60天内,软骨细胞和骨细胞的自溶过程。埋藏后的15天内,几乎所有骨细胞均发生了自溶,而钙化软骨细胞则基本未受影响。埋藏30天后,所有骨细胞均已自溶,但一些软骨细胞在埋藏60天后仍然存在。因此,即使在恶劣的条件下,钙化软骨细胞仍然能够在动物机体死亡后存活数月之久,而这一时间足以实现矿化过程。这一结果与一些法医文献中的数据相吻合,表明透明软骨细胞在机体死亡后能够长时间抵抗分解,且支持了钙化软骨比骨骼更有保存细胞结构的潜力的假说,尤其是在未能快速矿化的化石中。然而,由于所使用的标本预先经过冷冻,所观察到的自溶模式也有可能是细胞由于冰晶形成而死亡的结果,而非严格的自溶过程,因此有必要进一步对新鲜标本开展实验以提高结论的准确度。无论如何,研究明确显示透明软骨和钙化软骨的软骨细胞受到冷冻的影响比骨细胞更小。这暗示软骨细胞比骨细胞更可能在发现于永久冻土的化石或木乃伊中保存下来,而软骨(包括透明软骨和钙化软骨)可能是比骨骼更为理想的古DNA研究对象。尽管有必要对未经冷冻的新鲜样品进行后续实验并辅以DNA测序,建议古DNA专家将保存在热带和温带环境的化石中的钙化软骨作为古DNA分析的新对象。

现代藻类磷酸盐埋藏学实验——对磷酸盐化球状化石研究的启示

产于贵州瓮安埃迪卡拉系陡山沱组磷块岩中的“瓮安生物群”是认识早期生命起源与演化的重要窗口。因为其特殊的磷酸盐化作用,其中的球状化石内部保存了大量精细的细胞甚至亚细胞结构,但保存这些化石的磷酸盐化作用机理尚不清楚。因此,本文采用绿藻门下团藻和空球藻为实验对象,通过改变pH、温度、氧气含量等实验条件,探索藻类在不同埋藏环境下的保存状况,为早期磷酸盐化化石的埋藏机制提供证据。实验结果显示藻类在不同实验条件下的保存潜力差距较大,相同环境下两种藻类所体现的保存潜力也不一致,但都具备足够的保存潜力;空球藻细胞在埋藏过程中出现褶皱变形,但在不同条件下的形态学差异并不明显;团藻的繁殖体形态与瓮安生物群中的一类多细胞球状化石的细胞分裂形式十分相似;早期状态一致的同种藻类不管在相同还是不同的实验条件下其个体直径大小均表现出较强的差异性。本次实验模拟自然状态下的埋藏环境,因此实验现象可能在现实埋藏过程中重现,通过实验得出以下结论:磷酸盐化的埋藏环境中藻类具备足够的保存潜力;磷酸盐化会导致生物获得自身以外的形态学信息;在不同的埋藏学环境下保存的磷酸盐化球状化石的直径大小会有差异;胚胎状化石与磷酸盐化的现生藻类并不完全相同,它们之间的相似性可能来自于趋同演化,因此不能直接将它们等同看待。

现代鱼卵硅酸盐化模拟实验

扬子地台早寒武世和埃迪卡拉纪陡山沱期的地层中发现了大量保存精美的磷酸盐化球状化石,其中一些球状化石为硅化保存,它们为解释早期生命的起源和演化提供了宝贵的素材。在这些球状化石的种属分类和胚胎真伪等方面,不同的研究人员之间还存在较大的分歧。本文通过设计实验,以团头鲂鱼卵为材料,将团头鲂鱼卵注入不同浓度硅酸盐溶液中,观察鱼卵在不同溶液中的保存状态和硅化潜力。研究结果显示:团头鲂鱼卵硅化非常迅速,鱼卵最有利的保存环境是非碱性条件下的还原条件;在同一实验条件下,同一种属,不同形态的鱼卵和鱼卵的不同部分都可以保存下来。上述实验为球状化石的种属分类和真伪鉴定研究提供了有益参考,并为球状化石形成过程的探索提供了线索和思路。

节肢动物肠道及腹神经索的降解实验

节肢动物的内部器官组织,如消化系统和神经系统等精细结构在寒武纪化石中的保存特征对探索早期生命和地球环境的演化具有重要意义。近年来,其原始形态与保存机理被广泛讨论,说明此类型软躯体组织的保存行为还需多方面的实验和理论探索。实验埋藏学作为埋藏学的分支,为解释生物化石化过程中解剖结构的变化及相应特异埋藏化石库的形成提供了重要理论支撑和实验技术手段。本文以节肢动物南美白对虾的肠道和腹神经索为材料,在不同温度及组合条件下进行埋藏学实验,以观察此类生物软组织的降解过程。实验结果显示,肠道和腹神经索在不同温度下的降解趋势相似,但降解速率不同:肠道和腹神经索在25℃条件下的降解速率和降解程度明显大于其在10℃条件。同一温度条件下,肠道与腹神经索的降解程度存在早期差异;10℃条件下,反应产生的微生物膜形态及规模有所不同,肠道-腹神经索组合产生的微生物膜规模远大于肠道、腹神经索的单独处理组,且难以辨认。由此可见,温度是影响肠道和腹神经索降解速度和程度的重要因素。此外,微生物在生物内部器官组织降解过程中起到了重要的生化作用。生物器官组织的降解过程,以及不同条件下微生物膜的形成对化石的形态特征尤其是内部精细结构的保存解释具有重要影响。