生物学家在1亿年前的琥珀中发现最早的动物精子

2020-09-24 16:30:20来源：科技日报

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，将相关化石记录时间提前了约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奥秘。

介形虫是一种具有双瓣壳的水生微型甲壳类动物，大小通常1毫米左右。现生的介形虫有上万种之多，别看它体型微小、毫不起眼，但是生命力和适应能力极其强大，而且它在地球上已经生存了将近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，利用高分辨率显微断层扫描技术(显微CT)对琥珀中保存有软躯体的白垩纪介形虫化石标本进行了研究，发现介形虫利用巨型精子进行有性生殖的行为在一亿年前就已存在，该结果使已知最早的动物精子记录提前了至少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”，正在水草中来回穿梭、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。按照界、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独特的琥珀化石，透明的琥珀中夹杂着一些黑色的小点。经过协商，他们把这枚琥珀化石带回所里通过显微镜观察发现，这些黑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，但是琥珀化石非常罕见，这是已知发现的第二枚，但是另一枚没有保存介形虫的软躯体。”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，共保存了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。

经过与德国和英国科研人员合作，他们利用显微CT对其中的11个标本进行分析，通过近一年的高精度三维图像重建工作，精细还原了这些介形虫的壳体和软躯体的形态特征，包括附肢、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的好处是可以不破坏化石，就能获得完整的三维立体成像，对于这类微小化石的研究特别重要。”王贺说道。

通过显微CT，研究人员看到了不可思议的一幕：这些白垩纪的介形虫，拥有巨型精子，长度达到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。

“这个比例是非常惊人的，大家可以想象一下，如果人类的精子也达身高的1/3，是什么样子。”王贺说，更重要的是，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

介形虫一般生活在水体之中，淡水咸水中都有它们的身影。

经过还原，这枚琥珀化石中的介形虫当时生活在靠近海边的泻湖中，湖边长满了红树林。它们归属于三个不同的类群，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得到完整的保留。

“绝大多数介形虫化石只保存有钙化的壳，软体部分(附肢和身体等)通常难以保存下来。但这些软体结构往往能够提供许多重要的古行为学信息，如生殖行为。”王贺说，所以科学家只知道数亿年前介形虫就已存在，却不知它们如何生活繁衍。

基于化石功能形态学分析及现生介形虫的形态和生态学观察，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。