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化石捕捉植物生理活动 发现一亿年前的植物细胞
news.longhoo.net  2007-3-30 15:42:52 推荐 评论 【 字号:

  【龙虎网报道】如果说在植物化石中可以看到原本具有生命活性的细胞,可能99%的人都会不相信。但是这1%的人就在我们身边,中科院南京地质古生物研究所的王鑫副研究员,在对中国和美国的从白垩纪到中新世(至少1亿年至1700万年前)植物化石材料进行仔细研究中,他不仅发现了上亿年前原本具有生命活性的细胞化石,而且他认为这样的植物细胞化石应当是相当普遍的化石类型。这一重要的研究成果将刊登在国内权威杂志英文版《地质学》上。同时近期出版的科普杂志《生物进化》也有通俗介绍。

  导师也无法解释

  中科院南京地质古生物研究所的王鑫告诉记者,99%的传统观念认为化石形成的条件是必须要有硬体,比如贝壳、骨头等。植物中生命活性较弱的细胞壁也很有可能会保存下来。至于细胞结构,则无法形成化石,因为动植物一旦死亡,就会有微生物将细胞内的细胞分解,重新进入自然界参与循环,因此作为最具生命活性部分的“细胞本身”无法通过化石形式保存下来。

  然而,王鑫却一直是个“剑走偏锋”的研究者。他在化石植物的细胞腔中,看到了谜一样的像刺猬状的物质,用自己过去所学的知识,王鑫无法破解这究竟是些什么。于是他拿着切片结果到自己的导师——美国科学院院士Dilcher教授那里寻求答案,结果导师也无法解释这一现象,认为是没有多大意义的现象。

  然而王鑫却想自己弄个明白,那个谜一样的物质有没有可能就是原本具有生命活性的细胞?而刺猬状的物质可能是细胞失水形成的?然而这样的猜想却得不到自己导师Dilcher的支持,因为他要看到细胞膜特有的双层磷脂结构才能确认!

  化石捕捉植物生理活动

  为了能够看到细胞膜上的双层磷脂结构的分子,王鑫又开始了大量的化石研究过程,然而在这样的过程中,王鑫不仅看到了植物化石类似细胞膜的双层磷脂结构,而且这些化石的保存状态和现代生物学中固定的细胞几乎没有二致,化石植物细胞中包含有类似线粒体、核糖体、小泡、内质网甚至mRNA的超微结构。甚至植物中的某些生理活动——跨膜运输和分泌活动都被忠实地保存记录下来了!这是人类历史上首次捕捉到植物化石中生理过程的瞬间。

  王鑫说,真正令人惊奇的是化石电镜图片中膜的结构和相互关系历历可见,其清晰程度简直可以和现代材料媲美。

  化石能否起死回生?

  那么利用化石能否让那些逝去的生命起死回生?王鑫说如果依据现有的知识、技术和化石材料,答案是否定的。但是如果考虑到目前我们关于自然界和化石知识的局限性,近期关于动物化石中的软组织的精美保存、植物化石的超微结构、生理及古DNA研究的快速进展,现代生物学技术的飞速发展,学科之间的交叉融合、未来研究手段不断更新以及人类技术的持续进步,要想对这个问题说“不”可能需要一些勇气。要知道,沧海都会变成桑田。谁又能为未来设定一个极限呢?

  ■原因分析

  细胞化石保存因为雷电?

  究竟是什么样的自然现象让生物原本具有活性的细胞在死亡后没有被微生物分解殆尽,而得以保存下来?王鑫认为是雷电,它可能破坏了细胞分解过程中不可或缺的酶的反应条件。

  王鑫说,雷电击打植物的时候,它有两个路径,一个是植物的表面,另外是沿着茎杆中生命活动最活跃的地方——形成层,因为那里的水分最多,电阻最小。雷电可能引发野火,从而可能让植物迅速烤焦炭化,产生一种惰性极强的物质——丝炭,连“强酸强碱”都奈何不得它,也正是因为这个原因,植物的细胞在雷电的瞬间被“杀死”、“固定”,穿越亿年而不发生任何反应,得以保存。

  王鑫说,细胞质化石靠雷电保存绝对不仅仅只是假想,因为他将现代的植物直接放置在烤箱中烧烤后,发现了在植物细胞质化石中曾经看到的相似一幕,那就是细胞变成了“刺猬状”物质。而且历经三年之后,这个被烧烤的植物依旧和三年前一样。

  ■新闻延伸

  人类已从化石提取出了DNA

  王鑫说,过去的十几年中,古生物学有了许多令人喜出望外的惊人发现。

  在动物方面,Kellner于1996年发现了保存完好的早白垩纪(至少1亿年前)恐龙肌肉组织化石,这些化石保存了过去大家认为不能保存为化石的生物软组织,甚至其中的血管还依然清晰可见。肖书海等人于1998年发现了将近六亿年前新元古代的动物胚胎化石。无独有偶,肖书海等人(2006年)再次从同一时代的地层中发现了大量的动物胚胎化石,这些化石呈现给人们的不再是一个个简单的动物胚胎,而是从简单到复杂、从少数几个细胞到几十个甚至上千个细胞组成的一个发育序列。

  最令人心动的也许是杨洪等人1996年和杨淑娟等人2006年分别从冰冻的猛犸象化石中提取出了DNA(脱氧核糖核酸)序列以及Green等人于2006年成功地提取了尼安德特人的基因序列。

  而植物方面,Niklas等人(1978年)对中新世(至少1700万年前)被子植物叶子进行了超微结构的研究,发现化石中不仅有某些植物化学成分残留下来而且其细胞中竟有叶绿体的结构和其他超微结构保存下来。而Ozerov等人(2006年)则发现有些始新世(至少3400万年前)的被子植物叶和果实化石中还保留着细胞质和DNA,而且其中的DNA居然还具有染色活性!Golenberg等人(1990年)和Kim等人(2004年)已经先后两次从采自同一地点的中新世(至少1700万年前)化石植物材料中提取了DNA序列!

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来源:金陵晚报 作者:王君 于飞 编辑:陈晨 】

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