二十億年前的化石揭示了奇異而神秘的形態

對人類而言,二十億年是一個難以想象的間隔。但是,一個由歐洲、加彭和美國科學家組成的團隊現在表示,最近發現的一批化石表明,地球上最早的大型生命進化發生在如此久遠之前——大到肉眼可見,並且形態各異,令人費解 [...]

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在這篇文章頂部的圖片中,頂排的化石看起來有點像穿著褶邊裙子的煎蛋。下面是看起來像串珠和螺旋狀物體的化石。左側為光線照片。右側為化石的 3-D X 射線圖。圖 3,來自 El Albani 等人,2014 年。比例尺 1 釐米。點選圖片檢視來源。

對人類而言,二十億年是一個難以想象的間隔。但是,一個由歐洲、加彭和美國科學家組成的團隊現在表示,最近發現的一批化石表明,地球上最早的大型生命進化發生在如此久遠之前——大到肉眼可見,並且形態各異,令人費解和困惑。它們的形狀意味著什麼?存在於二十億年前地球上的生命是否會給我們提供任何關於我們今天看到的地球的線索?這些東西究竟什麼?

為了從一個角度看待這批化石出乎意料的程度,請考慮地球大約在 45 億年前從籠罩著我們年輕太陽的行星形成氣體盤中凝聚出來。生命在地球誕生後出人意料地迅速進化,可能在 35 億年前,甚至可能在 40 多億年前。但是,我們今天看到的大型生命形式的祖先直到寒武紀大爆發才出現,大約在 5.5 億年前,而最早的大型生命,埃迪卡拉生物群,在那之前僅 5000 萬年出現,大約在 6 億年前(相對簡單但肉眼可見的分枝藻類可能早在 7-8 億年前就已經進化出來)。


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這些新的化石几乎平分了時間差異,代表了令人難以置信的 15 億年的時間飛躍。它們似乎是原本單調的微生物間奏中一個令人驚訝的標點符號。當然,化石記錄非常零碎,這並不是說它是唯一的。只是我們目前知道的唯一一個。

請親自看一看,看看你是否能想象出留下這些遺骸的生物在活著的時候會是什麼樣子。請記住:這些化石已經有 20 多億年的歷史了。

這裡有更多扁平圓盤,邊緣有褶皺,你在文章頂部的圖片中看到過。右側為 3D X 射線重建圖。

比例尺 5 毫米。圖 4,來自 El Albani 等人,2010 年。點選圖片檢視來源。

這個看起來有點像一個扁平圓盤連線到一串串珠上。它們是同一個生物體的不同部分嗎?

比例尺 1 釐米。圖 4 C 和 D,來自 El Albani 等人,2014 年。點選圖片檢視來源。

這是另一個

比例尺 1 釐米。圖 5A,來自 El Albani 等人,2014 年。點選圖片檢視來源。

這個化石讓人聯想到膠狀海錢或某種美味的酥脆零食。看看右邊的那個褶皺。

比例尺 1 釐米。圖 7 A 和 B,來自 El Albani 等人,2014 年。點選圖片檢視來源。

右下方是一個真正奇異的東西的印模化石的一半。它讓人想起另一種無法解釋的生命形式,這種生命形式既存在於現實生活中,也存在於一直追溯到寒武紀的化石中:Paleodictyon nodosum。這種現象是在海底由相互連鎖的洞穴組成的六邊形網格,而洞穴的居住者和/或創造者從未被發現。《紐約時報》幾年前發表了一篇關於這種無法解釋的生物現象的有趣文章,你可以在這裡閱讀。但是,正如本文的作者指出的那樣,無論這個弗朗斯維爾化石是什麼,它在幾個方面都有所不同——它的各個單元大小和分佈都不規則,這與Paleodictyon的規則洞穴不同。

比例尺 1 釐米。圖 8C,來自 El Albani 等人,2014 年。點選圖片檢視來源。

這是化石的另一半(岩石被劈成兩半以揭示它),從上方翻轉並稍微傾斜。請注意,點的分組本身就是一個圓形。這使其與在埃迪卡拉紀發現的類似化石NemianaBeltanelloides區分開來。

比例尺 1 釐米。圖 8D,來自 El Albani 等人,2014 年。點選圖片檢視來源。

這個新的化石集合(在生物學術語中稱為“化石寶庫”)被稱為“弗朗斯維爾生物群”,來自西非國家加彭。到目前為止,科學家們已經從這個 21 億年前的沉積層中收集了 400 多塊化石,包括數十種新的型別,其中包括他們在最初的 2010 年自然雜誌論文中描述的化石中未展示的幾種新型別,根據去年夏天在PLoS ONE上發表的一篇新論文。“[這些化石]似乎代表了巨型多細胞性的第一次實驗,”作者們認為。他們所說的巨型,意味著巨大——最大的標本長達 17 釐米(近 7 英寸)

研究這些生物遺骸的研究人員對它們有一些瞭解——它們生活在富氧淺海的寧靜海底——但除此之外,線索很少。在它們死亡後,它們被沉積物掩埋,並經常在閃閃發光的礦物黃鐵礦(也稱為愚人金;我在這裡寫過一些類似黃鐵礦化的甲殼類動物)中儲存下來,這是由細菌在最終變成緻密黑色頁岩的過程中作用形成的。事實上,正是這些生物寧靜的棲息地和條件促進了黃鐵礦的快速石化作用,作者認為這使得它們得以如此出色地儲存下來。

使這些化石格外特別的不是它們是多細胞生物,因為它們幾乎肯定是多細胞生物。而是它們肉眼可見。多細胞性在地球歷史上已經進化了許多次,這可能不是第一次。但這是我們已知第一次大到足以讓人類肉眼直接看到的多細胞生命。

那麼,是什麼可能鼓勵了這種早期對“巨大”的嘗試呢?

緊隨它們進化之前,大氣氧氣在 23 億年前的大氧化事件期間飆升,這是藍細菌發明光合作用以及鐵礦床耗盡的結果,鐵礦床本可以生鏽耗盡所有由此產生的氧氣(著名的條帶狀鐵礦層的起源地,位於明尼蘇達州和西澳大利亞州)。作者表示,這與這樣的觀點一致,即更多以氧氣形式存在的燃料允許了更大型生命形式的進化。氧氣使能的有氧呼吸產生的能量是厭氧呼吸的 15 倍,所有這些額外的能量可以為更大的身體提供動力,一些人假設。

有趣的是,這些生物在大氣氧氣水平驟降的時候消失了,氧氣濃度在元古宙時代的剩餘時間裡一直保持不變,直到大約 8 億年前,就在大型生命在埃迪卡拉紀/寒武紀時代成為主流之前。儘管氧氣水平決定了生命能夠變得多大和多複雜的觀點“並沒有被普遍接受為多細胞生命進化和複雜化的主要驅動力”,但這些科學家表示,這一證據傾向於支援這一觀點。

順便說一句,元古宙的意思是“動物之前”。這些生物,無論它們是什麼,可能不是動物,不是植物,也不是我們今天知道的任何東西。它們是什麼仍然令人著迷地無法得知,但也為生動的想象力提供了豐富的素材。對於我們,它們遙遠的親屬來說,它們可以是任何我們夢想中的樣子。

參考文獻

Abderrazak El Albani, Stefan Bengtson, Donald E. Canfield, Armelle Riboulleau, Claire Rollion Bard, Roberto Macchiarelli, Lauriss Ngombi Pemba, Emma Hammarlund, Alain Meunier, Idalina Moubiya Mouele, Karim Benzerara,Sylvain Bernard, Philippe Boulvais, Marc Chaussidon, Christian Cesari, Claude Fontaine, Ernest Chi-Fru, Juan Manuel Garcia Ruiz, François Gauthier-Lafaye, Arnaud Mazurier, Anne Catherine Pierson-Wickmann, Olivier Rouxel, Alain Trentesaux, Marco Vecoli, Gerard J.M. Versteegh, Lee White, Martin Whitehouse & Andrey Bekker. (2014). 2.1 Ga Old Francevillian Biota: Biogenicity, Taphonomy and Biodiversity, PLoS ONE, 9 (6) e99438. DOI: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0099438

Baderrazak El Albani, Stefan Bengtson, Donald E. Canfield, Andrey Bekker, Roberto Macchiarelli, Arnaud Mazurier, Emma U. Hammarlund, Philippe Boulvais, Jean-Jacques Dupuy, Claude Fontaine, Franz T. Fürsich, François Gauthier-Lafaye, Philippe Janvier, Emmanuelle Javaux, Frantz Ossa Ossa, Anne Catherine Pierson-Wickmann, Armelle Riboulleau, Paul Sardini, Daniel Vachard, Martin Whitehouse & Alan Meunier. (2010). Large colonial organisms with coordinated growth in oxygenated environments 2.1 Gyr ago, Nature, 466 (7302) 100-104. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/nature09166

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