地球有38亿年生命演化史，人们对动物究竟是何时并如何起源抱有天然的好奇心，直到今天，这仍是演化生物学领域悬而未决的重大科学难题。
最近，中科院南京地质古生物研究所副研究员殷宗军和研究员朱茂炎与英国布里斯托大学、瑞典自然历史博物馆以及瑞士光源的同行合作，在我国贵州瓮安生物群——一个距今6.1亿年的特异埋藏化石库中找到了一类名为“笼脊球”的化石，为揭开动物起源之谜提供了重要线索。相关研究成果于11月27日在线发表在《细胞》集团子刊《当代生物学》(Current Biol-ogy)上。
“笼脊球”，是迄今人类发现最古老的与动物相关的胚胎化石，为揭开动物起源之谜提供了重要新线索。参与整个采集及研究过程的中科院南京地质古生物研究所副研究员殷宗军告诉记者，已有的研究表明，现代动物界包括三十多个动物门类，已有研究表明它们拥有一个距今大约7亿多年的共同祖先。但这样一个共同的祖先，其实是由一个单细胞生命演化出来的。从单细胞的祖先到多细胞的祖先，具有一些过渡阶段，而胚胎化石“笼脊球”，就是其中一个过渡阶段。
殷宗军解释说，此次发现的胚胎化石“笼脊球”整体呈球形，单个直径不足1毫米，保存了精美的多细胞结构。这些“笼脊球”在充满营养物质的厚壁囊包中发育，发育过程既类似动物的单细胞近亲，又更为复杂，显示出有规律的细胞迁移、重组等动物胚胎特有的发育机制。这就是说，“笼脊球”化石记录了动物由单细胞向多细胞演化的关键一步。正是这一步，为真正有细胞和组织分化的动物出现奠定了生物学基础。
研究人员采用最先进的超高分辨率同步辐射三维无损成像技术，像医生给患者做CT扫描一样，重构了数百个“笼脊球”标本的立体结构。研究发现它们在一个充满母源营养物质的厚壁囊包中发育，不同标本代表了不同的发育阶段。
通过研究图片可以看到，a和b是裸露的标本，囊包已经丢失。c和d是保存了囊包的标本。e和f是a、b的局部放大，显示了细胞结构的细节。
殷宗军称，重建的发育序列显示其发育过程非常类似动物的单细胞近亲，但比动物的单细胞近亲更为复杂的是，它们在胚胎发育过程中出现了有规律的细胞迁移和重组，这些细胞行为和动物原肠胚的细胞迁移重组行为非常类似，表明动物胚胎特有的发育机制在动物化石记录大量出现之前至少4千多万年就已经准备好了。
殷宗军向记者补充说，其实早在2000年，就有科学家发现了这种化石的存在，并命名为“笼脊球”。
但当时的化石保存不好，看不到太多的生物学结构，以致长期被忽视。相反，采集到的化石，通过电子扫描显微镜观察后，发现保存得很好，甚至有清晰的细胞结构，以及完整的囊包等，非常精美。
而这，就是后引起轰动的化石样品。
“为什么发现了化石，而且猜到可能具有很重要的意义，却久久没有研究，而且直到今天才出成果呢？其实，主要是技术上没有得到突破。”殷宗军解释，因为直径仅0.4-0.8毫米，而且由很多很小的细胞构成，这些细胞就更小了，一般的成像技术很难看清楚，之前用电子扫描镜，但只能看表面，不能看清内部结构。
殷宗军说，想了解这个化石到底属于什么生物，在演化生物学方面有怎样的意义，这需要在三维的结构上来研究，这种生物是怎么发育的，早期胚胎是如何一步步生长等。
而这则需要三维成像技术，重构出数百个笼脊球标本的立体结构。
但当时尽管也有一些三维成像技术，但分辨率不够，看不到那么精细。直到，这一成像技术在分辨率上才有突破，所以这时候才开始大规模地对这些化石进行扫描并进行分析。
殷宗军介绍，此次研究在瑞士最大的研究单位保罗希尔研究所开展，那里有一个大型的同步辐射装置——瑞士光源，研究人员使用这种同步辐射X光，就像医院里，医生给病人拍CT一样。
“我们给233颗化石拍了CT,并获得了2.5T的数据。之后，团队花了两年的时间进行分析和处理，到今年才出成果，也才有这篇论文。”
殷宗军认为，如果将动物隐喻成一只鸡，复杂的胚胎发育过程就是孵化出小鸡的蛋，它连接了动物单细胞祖先和动物多细胞祖先之间的鸿沟。笼脊球化石恰恰表明，孵化出动物这只小鸡的蛋在6.1亿年前就已出现。换言之，笼脊球化石记录了动物从单细胞祖先向多细胞祖先演化的关键一步，这一步为真正有组织和组织分化的动物出现奠定了生物学基础。
此外，现今一些动物胚胎在原肠胚期的发育过程仍然展示了与“笼脊球”之间的高度相似性，比如一些水母和海胆的原肠胚。
该研究受到中国科学院战略先导专项(B)、国家自然科学基金委和英国环境研究理事会(NERC)共同资助的中英合作项目的资助。
