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地球曾經的優勢物種之一？在西澳大利亞石英岩中發現的疑似微化石。為了在我擁有的空間中保留這張影像的細節，我裁剪了影像並移動了比例尺，但保留了其與影像的比例。任何與陀螺的相似之處純屬巧合。我想。圖片由克里斯托弗·H·豪斯；賓夕法尼亞州立大學提供。點選檢視來源。
“出乎意料地巨大和複雜”的30億年前化石被鑑定為前浮游生物
真核生物可能不是地球上最豐富的生物（如果將病毒算作活物，那將是病毒），也不是最古老的生物（細菌和古菌肯定是元老），但它們賦予了地球結構上最有趣的乘客。翼手龍、鮟鱇魚、黏菌、海帶、猴謎樹、樹懶、西施犬和巨型真菌都是第一批將其DNA包裝在稱為細胞核的整潔隔間中的細胞的後代。
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當然，不僅僅是細胞核起了作用——它還與被稱為細胞器的專業細胞隔間的超級朋友團隊有關，這些細胞器與真核細胞共存。無論原因是什麼，真核域一直以來都是地球上無可爭議的成功。
這種成功理所當然地激發了生物學家對真核生物如何以及何時進化的好奇心。生命看起來越來越有可能在地球形成後幾乎立即出現——可能就在地球形成後幾億年，遠在40億年前。這種生命可能類似於今天的細菌和古菌（統稱為原核生物）。但是真核生物來自何處？ 對其年齡的猜測範圍從10億年到35億年。但是，考慮到特定年齡的岩石可能遭受的一系列不幸命運，找到證據來證實這些說法已被證明是困難的，其中很少有命運導致在顯微鏡的物鏡端沉積任何確鑿的化石。
另一個世界，另一個時代
進入上圖所示的可疑的有機紡錘形結構。在最近發表在《地質學》雜誌上的一篇文章中，科學家們將其描述為“出乎意料地巨大和複雜”。還有許多其他類似的結構，它們的直徑從20到60微米不等——大約相當於許多真菌孢子的大小，至少是紅細胞的兩倍大，是大多數細菌的幾十倍大。除了它們多刺的紡錘體外，它們還具有凸緣和網狀內部結構。但關鍵是：它們嵌入其中的岩石大約有30億年的歷史。
對於一個生物學愛好者來說，想象一下30億年前的地球是什麼樣子是*非常*有趣的（當時的陸地是什麼樣子？海洋裡充滿了什麼？天空和海洋是什麼顏色？聞起來會很奇怪嗎？我們能認出它是地球嗎？），因此，找到任何關於古老的家園及其居民在很久以前的實際樣子的證據，自然是令人興奮的。
更令人興奮的是：如果事實證明這種微化石真的是一種前生物，那麼它的大小和複雜性表明它可能是最早的真核生物之一（這在《地質學》論文中沒有提出，但在其他論文中已經提出）。如果是這樣，它將把真核生物的起源推回到30多億年前。當然很古老，但仍在可能的範圍內。
然而，值得注意的是，巨型細菌並非聞所未聞。目前的記錄保持者是奈米比亞硫珠菌，其直徑可達數百微米。細菌的休眠結構，如孢子或囊腫，也可以達到驚人的尺寸。天體生物學雜誌上的一篇論文的作者認為，這種防禦結構可能在早期地球上很有用，早期地球容易受到間歇性的宇宙撞擊，這些撞擊能夠產生“幾乎可以使行星滅絕的熱量”。
但是我們如何確定這些真的是已滅絕的細胞，而不是由圍繞或在礦物晶體內部積累的有機汙物製成的某種假化石呢？這正是來自賓夕法尼亞州立大學、美國宇航局約翰遜航天中心和名古屋大學的科學家團隊上週在《地質學》雜誌上發表文章的目的。
碳的犯罪現場調查
為了做到這一點，他們求助於碳同位素，儘管不是您可能想到的碳同位素。同位素是化學元素變體，包含不同數量的亞原子粒子。碳原子核中有6個質子，也可以有6個、7個或8箇中子：分別為碳-12、-13和-14。只有碳-14是放射性的，一旦從大氣中摻入木材或岩石中，就會穩定衰變。碳定年法使用這些同位素作為年齡的替代指標。但是，由於半衰期只有大約5730年，碳-14在30億年前的岩石中早已消失殆盡。
相反，科學家們依賴於兩種非放射性形式的碳的比例：碳-12和碳-13。捕獲碳的光合微生物的酶更喜歡捕獲含有碳-12的二氧化碳。因此，我們預計，如果假定的化石相對於周圍的岩石富含碳-12，那麼它們很可能不是由周圍的有機碎片製成的一些人工製品。在那種情況下，我們預計碳比率會相似。
該團隊從可疑形狀的內部和外部採集了岩石碎片（據推測，非常小心地）。他們發現，事實上，從假定的化石內部提取的岩石碎片相對於周圍的岩石，碳-13含量較低。他們進一步認為，這些生物是自由漂浮的浮游生物，因為在二氧化碳——以及因此生物體選擇碳來源的能力——受到限制的環境中，紡錘體均勻的低碳-13水平是不可預期的。然而，他們無法排除這些生物正在製造或食用甲烷的可能性，因為這些生物體的碳-13與碳-12的比率範圍很廣。
他們說，以前也發現過類似的化石，在澳大利亞約34億年前的斯特雷利池岩層和南非約34億年前的翁弗瓦赫特巖群中。如果這些結構確實相關，科學家們認為，這種紡錘形生物可能“代表了一種世界性的生物實驗的遺蹟，這種實驗似乎持續了數億年”。換句話說，地球的海洋中充滿了這些微生物的時間，比人類在地球上存在的時間長數百倍。然後，在經歷了漫長的執行之後，它們滅絕了或進化成了其他東西。
再說一遍……也許不是
同樣在本週，科學家們在《美國國家科學院院刊》上報告了線粒體和葉綠體年齡的新計算——線粒體和葉綠體是真核生物的兩種細胞器，最初是自由生活的細菌，被原始真核細胞吞噬，並以某種方式逃脫了消化。它們將成為被稱為“內共生體”的細胞夥伴，這將（字面上地）推動真核生物的崛起。
華盛頓大學的帕特里克·史和尼古拉斯·馬茨克團隊的分析基於一種名為ATP合酶的重要蛋白質的重複亞基和另一種名為“延伸因子熱不穩定”的蛋白質的重複亞基。他們利用了以下觀點：在共同祖先中發生的基因重複和內共生可以作為其各種後代基因時鐘的校準點。根據他們的計算，這兩種內共生事件似乎發生在相對較近的時期：線粒體大約發生在12億年前，綠色葉綠體大約發生在9億年前。
這可能會讓人懷疑這種紡錘形生物是否是真核生物。或者可能不是。誰知道從100%原核生物到今天真核域的最後共同祖先的真核生物花了多長時間？由於有如此多的活動部件，真核細胞可能在過渡狀態（原始真核生物？）中度過了數千年，然後才成為成熟的超級生物，這將是地球上所有超過1毫米的生物的祖先。
參考文獻
House C.H.， Oehler D.Z.， Sugitani K. & Mimura K. (2013)。 ca. 3.0 Ga 微結構的碳同位素分析表明，浮游自養生物棲息在地球早期海洋中，《地質學》，41 (6) 651-654。DOI: 10.1130/G34055.1
Shih P.M. & Matzke N.J. 初級內共生事件可追溯到元古代晚期，並透過重複 ATPase 蛋白的交叉校準系統發育定年，《美國國家科學院院刊》，DOI: 10.1073/pnas.1305813110
Oehler D.Z.， Robert F.， Walter M.R.， Sugitani K.， Meibom A.， Mostefaoui S. & Gibson E.K. (2010)。 太古代生物圈的多樣性：來自 NanoSIMS 的新見解，《天體生物學》，10 (4) 413-424。DOI: 10.1089/ast.2009.0426