近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所領(lǐng)銜的一項(xiàng)研究對(duì)產(chǎn)出于南京湯山駝子洞早更新世的糞化石進(jìn)行了詳細(xì)研究，揭示了這類特殊類型化石材料的全新埋藏模式，為進(jìn)一步理解地質(zhì)歷史時(shí)期特異埋藏化石庫(kù)的形成過(guò)程，特別是軟軀體生物的化石形成過(guò)程提供了新視角。相關(guān)成果于2023年5月25日發(fā)表在國(guó)際期刊《當(dāng)代生物學(xué)》(Current Biology)。
化石為解讀地球生命的演化歷史提供了最直觀證據(jù)，而化石的形成過(guò)程，即埋藏學(xué)一直是科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。軟軀體生物的石化過(guò)程則更是吸引了諸多科學(xué)家的研究興趣。在對(duì)大量特異埋藏化石庫(kù)研究的基礎(chǔ)上，科學(xué)家認(rèn)為細(xì)菌的腐解（bacterial decay）過(guò)程是軟軀體化石礦化保存的關(guān)鍵所在。
細(xì)菌作為一類個(gè)體微小的微生物，具有非常古老的歷史。細(xì)菌中許多類群在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著分解者的角色。在化石形成過(guò)程中，細(xì)菌一方面分解動(dòng)植物的殘?bào)w，這一過(guò)程會(huì)形成缺氧條件下的局部化學(xué)梯度環(huán)境，使軟軀體生物殘?bào)w表面吸附/富集陽(yáng)離子（如鈣、鐵離子等），并在細(xì)菌新陳代謝的作用下誘導(dǎo)形成碳酸鈣或是黃鐵礦等鑄模，保存軟軀體生物的完整形態(tài)，使之礦化并保存為化石。
【資料圖】
真菌作為一類真核生物，與細(xì)菌相比雖演化歷史相對(duì)較晚，但此前仍在前寒武紀(jì)找到了真菌的化石證據(jù)。作為生態(tài)系統(tǒng)中另一類重要的分解者，真菌是否在化石礦化埋藏中也扮演了重要角色，仍是未解之謎。
針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，南京古生物所研究員羅茂、殷宗軍、鄭大燃，以及副研究員李子波，聯(lián)合南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京大學(xué)、英國(guó)鄧迪大學(xué)、英國(guó)布里斯托大學(xué)、以及云南大學(xué)等高校的科研人員對(duì)來(lái)自南京湯山駝子洞早更新世的糞化石材料開(kāi)展了詳細(xì)研究。
結(jié)果表明，駝子洞采集的糞化石來(lái)自于鬣狗這類兇猛捕食者。更有意思的是，糞化石多由納米級(jí)別的羥基磷灰石纖維所構(gòu)成，其直徑約30 nm。這類納米級(jí)別羥基磷灰石纖維的透射電鏡特征和形態(tài)特征表明它們不太可能代表骨質(zhì)材料的骨膠原纖維，也排除它們是礦化微生物細(xì)菌的可能性。而在由細(xì)菌誘導(dǎo)所礦化形成的化石材料中，幾乎沒(méi)有觀察到過(guò)這類納米級(jí)別的羥基磷灰石纖維。研究人員通過(guò)查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)土壤和喀斯特溶洞中大量存在因真菌新陳代謝而誘導(dǎo)形成的碳酸鈣礦物，后者是納米級(jí)別的礦物纖維。同時(shí)，文獻(xiàn)報(bào)道動(dòng)物糞便樣品中存在大量的微生物，包括處于不同分類位置的細(xì)菌和真菌。
基于這些線索，研究人員開(kāi)展了現(xiàn)代真菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，以黑曲霉這類常見(jiàn)于動(dòng)物糞便中的微生物為對(duì)象，以拋光得到的糞化石作為固體基質(zhì)提供鈣、磷等元素。在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的黑曲霉生長(zhǎng)和誘導(dǎo)礦物形成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在鈣、磷元素供給充足條件下，黑曲霉表面沉淀得到了與糞化石內(nèi)部礦物組成和形態(tài)結(jié)構(gòu)十分類似的納米級(jí)羥基磷灰石纖維。這一結(jié)果表明，黑曲霉這類真菌很可能誘導(dǎo)形成了糞化石中的絲狀磷酸鈣纖維，促進(jìn)了糞化石的礦化并形成化石。
因此，此次研究揭示了絲狀真菌在化石埋藏學(xué)中的作用，為進(jìn)一步理解化石埋藏學(xué)提供了全新視角。這一研究同時(shí)提出，納米級(jí)別的羥基磷灰石纖維可間接作為指示地質(zhì)歷史時(shí)期真菌化石的礦物學(xué)證據(jù)，也為地外天體生命的識(shí)別提供了可參考的礦物學(xué)證據(jù)。
本次研究得到了中國(guó)科學(xué)院人才計(jì)劃、自然科學(xué)基金委和現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金等項(xiàng)目的支持。
論文相關(guān)信息：Luo, M., Li, Z., Su, M., Gadd, G.M., Yin, Z.J., Benton, M.J., Pan, Y.H., Zheng, D.R., Zhao, T., Li, Z.B., Chen, Y.X., 2023. Current Biology,?https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.067.
圖1 駝子洞糞化石宏觀形態(tài)及其中骨碎片和毛發(fā)化石
圖2?駝子洞糞化石中納米磷酸鈣顯和真菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中得到絲狀磷酸鈣礦物對(duì)比
圖3?駝子洞糞化石中羥基磷灰石譜學(xué)特征
圖4?駝子洞糞化石中絲狀納米纖維和真菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)形成絲狀納米纖維的尺寸和元素組成對(duì)比
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