大約6億年前,地球的大陸是毫無生機的土地,但海洋卻生機勃勃。在白色浪花之下,各種各樣的生命形式盲目地啃食著覆蓋海底的粘稠微生物墊。
這些生物被認為是地球上最早出現的複雜多細胞生命的開端,它們誕生於一個沒有捕食者的世界,不需要堅硬的保護殼或骨骼。它們柔軟、糊狀的身體像管子、葉狀體,甚至薄薄的絎縫枕頭;它們與今天動物的解剖結構幾乎沒有相似之處。這個古老的生物圈看起來非常陌生——然而這些生物一定是我們早期的祖先。
至少根據今天發表在《科學》雜誌上一篇新論文中的說法是這樣的,研究人員在論文中認為,來自那個時期的標誌性化石是已知最古老的動物,在沒有顯微鏡的幫助下也能看到。如果正確的話,這一發現將解決一個長達70年的爭論,並可能有助於解釋更高階生命形式在我們曾經荒蕪的星球上的出現。
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來自大約5.75億至5.41億年前,即埃迪卡拉紀時期的化石,代表了地球上已知最早的複雜生命——這意味著這些生物既不是微小的單細胞生物,也不是簡單的單細胞微生物多細胞群落。然而,由於它們在行星和進化時間上離我們非常遙遠——而且肉體比貝殼或骨骼更難石化——它們的真實性質在很大程度上仍然未知。例如,在1947年,當澳大利亞的科學家首次發現埃迪卡拉生物群的節狀、煎餅狀化石狄金遜水母,其長度可達一米時,他們認為這些奇怪的生物是早期形式的水母。然而,石化的狄金遜水母和其他埃迪卡拉生物群沒有表現出明顯的特徵,例如附肢、嘴或腸道,這些特徵會將它們與動物王國的任何東西聯絡起來。因此,它們在生命進化樹上的位置一直備受爭議:如果狄金遜水母不是水母,也許它們是環節動物蠕蟲或蘑菇,或者是非常大的地衣或單細胞生物。
問題在於,儘管現在已經在全球數十個地點發現了狄金遜水母化石,但它們通常僅以砂岩中的二維印記形式存在。“如果只有腳印,就像試圖判斷我們現代世界的結構一樣,”安大略省皇后大學的古生物學家蓋伊·納爾邦說,他沒有參與這項研究。然後在2016年,澳大利亞國立大學的研究生伊利亞·博布羅夫斯基取得了一項驚人的發現,他在俄羅斯偶然發現了狄金遜水母化石,這些化石基本上被木乃伊化在粘土和砂岩的混合物中。“試想一下,發現一隻儲存完好的霸王龍,你仍然可以擁有硬組織、皮膚,甚至可能還有木乃伊化的眼睛,”博布羅夫斯基的博士導師、澳大利亞國立大學的生物地球化學家約亨·布羅克斯說。“想想我們會對恐龍瞭解多少!原則上,我的學生髮現了這一點。”
潛力是巨大的。“我敬畏這項研究,因為它是一個絕佳的機會,可以獲得關於一種如此神秘的化石的分子資訊,”麻省理工學院的地球生物學家羅傑·薩蒙斯說,他沒有參與這項工作。的確,當布羅克斯和他的同事分析樣本時,他們發現了膽甾烷類化合物:膽固醇的分子化石,這是動物生命的獨特標誌。無論是動物、植物還是其他生物,地球上的每個生物體都由脂質分子層包裹的細胞組成;然而,只有動物的細胞膜中含有膽固醇。因此,發現膽甾烷類化合物意味著狄金遜水母實際上是動物。儘管如此,這種檢測可能是由於汙染造成的——例如,不小心用手指刷過化石可能會立即轉移含有膽固醇的細胞,併產生古代動物生命的人為訊號。因此,布羅克斯和他的同事仔細檢查了木乃伊化狄金遜水母周圍的岩石。在那裡,他們發現的是豆甾烷類化合物,而不是膽甾烷類化合物,豆甾烷類化合物是通常與綠藻相關的分子化石。他們說,這種差異幾乎證實了膽甾烷類化合物來自化石本身,而不是來自汙染,從而鞏固了狄金遜水母在動物王國中的基礎地位。
“我認為這篇論文否定了任何關於它們是其他生物的說法,”薩蒙斯說。“對我來說,化學不會撒謊。”它不僅證明了狄金遜水母是一種動物——它現在還保持著化石記錄中最古老的宏觀生物的記錄。這是一個至關重要的發現。在埃迪卡拉紀末期(標誌著下一個時期,寒武紀的開始),一場進化性的起義推翻了統治了3000萬年的簡單而和平的生態系統,為我們現代世界奠定了基礎。寒武紀大爆發,正如它所稱的那樣,產生了具有更熟悉解剖結構和行為的動物,例如具有貝殼、刺、抽搐的肢體和齒狀邊緣的頜骨的生物,它們可以誘捕和吞噬獵物。但科學家們仍然不知道是什麼引發了這種生命形式的爆發。
根據他的團隊最新的發現,布羅克斯認為答案一定存在於埃迪卡拉生物群的進化變遷中。這與以前認為埃迪卡拉生物群根本不是動物的觀點不同,導致一些科學家認為這些生物是進化上的死衚衕,與它們的寒武紀後繼者完全不同。至少對於狄金遜水母來說,科學家們現在可以認為,這些奇怪的軟體生物是席捲地球的寒武紀動物的祖先,因此也是我們的祖先。
最終,這一發現可能有助於科學家們更好地理解地質學和生物學之間複雜的相互作用,這種相互作用觸發了地球上以及可能在其他世界上的複雜生命的進化。史密森尼國家自然歷史博物館的古生物學家道格拉斯·歐文沒有參與這項研究,他希望這項研究能夠促進在太陽系其他地方尋找生命,因為它證明了微弱的化學痕跡——而不是更明顯的化石形態分析——可以揭示新的、以前被忽視的生物學細節。他說,這至關重要,因為在地球之外,“我們更有可能找到某種東西的化石,而不是找到某種東西伸出頭來揮手。”
