隱生動物 – 尋找“隱藏的生命”

在《物種起源》(1859年)的第一版中,達爾文僅簡要地提及了最早的已知化石,或者更確切地說,是化石的缺乏:“如果[進化]理論是正確的,那麼在最低的寒武紀地層沉積之前,經歷了很長的時間,這是無可爭議的。

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在《物種起源》(1859年)的第一版中,達爾文僅簡要地提及了最早的已知化石,或者更確切地說,是化石的缺乏。

如果[進化]理論是正確的,那麼在最低的寒武紀地層沉積之前,經歷了很長的時間,這是無可爭議的……並且世界充滿了生物。[然而]對於為什麼我們沒有發現屬於這些最早時期的富含化石的沉積物的問題……我無法給出令人滿意的答案。

正如達爾文所辯稱的那樣,據推測缺乏5億至10億年前的化石,這不僅是由於“地質柱的不完善”,也不是由於對大多數地區尚未完成的地質調查。當時,沒有人能夠真正想象地球上最早的生物(尤其是它們的石化遺骸)會是什麼樣子,因此要尋找什麼?


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寒武紀被認為是具有明確生命跡象的最古老的地質構造之一。在寒武紀岩石中發現的一種化石是奧爾德哈姆蟲 - 一種奇怪的分支狀物體,地質學家約翰·威廉·道森爵士(1820-1899)將其描述為水螅狀動物。

圖1. 1888年的一張圖,顯示了地層序列及其特徵化石 - 假設最古老的化石顯示為奧爾德哈姆蟲(寒武紀)和始生代生物(不是使用“前寒武紀”,此比例尺使用“勞倫紀”,因為對前寒武紀岩石的研究在加拿大地盾的勞倫紀地區取得了最大進展),公共領域圖片。

然而,愛爾蘭地質學家約翰·喬利(1857-1933)在寒冷的早晨在泥濘的小路上意外觀察後提出,奧爾德哈姆蟲實際上不是化石,而是由生長中的冰晶形成的鑄模。後來他注意到,一個奧爾德哈姆蟲物種 - O. antiqua - 總是以浮雕形式發現,另一個奧爾德哈姆蟲物種 - O. radiata - 總是以凹陷形式發現。似乎像冰凍這樣的偶然的無機機制會顯示出如此獨特的模式。事實上,奧爾德哈姆蟲不是真正的化石,儘管它在某種程度上是有機來源 - 奧爾德哈姆蟲今天被重新分類為遺蹟化石,由未知生物形成的攝食痕跡。

就在達爾文出版他的書的前一年,沿著渥太華河收集的“前寒武紀時代”的奇怪的綠白色分層石灰岩引起了威廉·E·洛根(1798-1875)的注意,他是加拿大地質調查局的局長。他認為這些地層不僅僅是地質巧合。道森也同意這種觀點,並在1864年將這種奇怪的岩石描述為加拿大始生代生物,即“加拿大的黎明動物”。

圖2.始生代生物加拿大片段的放大和修復部分,圖片來自道森(1888年):地質時間中的生命鏈(公共領域圖片)。

道森將始生代生物重建為一種巨大的帶殼微生物。這種解釋很快受到挑戰,但直到1894年,地質學家J.W.格雷戈裡休·約翰斯頓-拉維斯維蘇威火山噴發出的物質中發現了類似的岩石,才解決了爭論。現在很明顯,這種奇怪的模式是由於地下岩漿的熱量對石灰岩進行化學蝕變而形成的。

似乎前寒武紀岩石確實是“無生命的”。

1878年,在美國地質調查局工作的自學成才的地質學家查爾斯·杜利特爾·沃爾科特(1850-1927)首次接觸到隱生動物,“隱藏的生命”(不要與隱生動物志混淆)。沒有人確定這些奇怪的分層岩石,其剖面幾乎像捲心菜一樣,是否是由化石化的微生物席形成的,但這似乎是最好的解釋,因為隱生動物化石類似於現代鈣華(由藻類席中碳酸鹽沉積形成的淡水石灰岩)。

圖3. 隱生動物,今天更廣為人知的名稱是疊層石(法國迦納)。

圖4.厚度為1.5 - 2.5毫米的鈣華層的顯微切片,外層以仍然存活的綠藻為特徵。

沃爾科特和其他地質學家開始在美國各地發現隱生動物,沃爾科特首次描述了來自大峽谷前寒武紀岩石的隱生動物。沃爾科特還描述了丘里亞蟲,小的黑色圓盤,他最初將其解釋為某種蛤蜊的壓縮外殼,但實際上是浮游藻類的遺骸。他繼續發現前寒武紀化石,並描述了來自加拿大落基山脈各個露頭的隱生動物、化石細菌甚至無脊椎動物。沃爾科特的發現似乎毫無疑問地證明了即使在如此古老的岩石中也存在大量化石。

然而,艾伯特·查爾斯·西沃德爵士(1863-1941),劍橋大學的植物學教授,在研究沃爾科特收集的一些假設的藻類化石時,質疑它們的有機起源。他還駁回了隱生動物是由藻類形成的觀點,在他的“植物生命穿越時代”(1935年出版)中,他指出在岩石層中沒有發現儲存下來的細胞結構。

他的結論是,像始生代生物一樣,隱生動物只是另一種虛假的化石,這將使對早期陸地生命的進一步研究延遲了近半個世紀。

待續...

參考文獻

JACKSON, P.N.W. (2011): 遺蹟學史:約翰·喬利(1857-1933)關於奧爾德哈姆蟲:詩意和科學觀察。遺蹟學雜誌 18(4): 209-212

SCHOPF, J.W. (1999): 生命搖籃 - 地球最早化石的發現。普林斯頓大學出版社:367

SCHOPF, J.W. (2009): 尋找前寒武紀化石:該科學的簡要譜系。前寒武紀研究,第173號:4-9

My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

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