复杂生命可能比我们认为的古老得多

新的藻类化石发现可能重置进化时间线 

这张照片显示了来自类似红色藻类的“肉质”标本Ramathallus lobatus的细胞组织的光学显微镜图像。

Therese Sallstedt,瑞典自然历史博物馆

大约在16亿年前,一群小的、鲜红色的、类似植物的生命形式,在史前浅水池中飘荡,被蚀刻在石头上,直到时间尽头。或者至少直到一支瑞典研究团队从印度中部的一个沉积岩层中剥离出它们的化石遗骸。

本周发表在《PLoS Biology》上的研究表明,这批新近分析的古代化石——几年前出土——很可能就是红藻。如果证明属实,这将意味着复杂的多细胞生命进化得比之前认为的要早得多,地球生命进化家谱可能需要进行一次大修剪。

地球上最早的生命痕迹可能出现在大约35亿年前,大约在我们星球形成后10亿年左右。这些简单的单细胞生物——由于缺乏细胞核而被归类为“原核生物”——究竟何时进化成称为“真核生物”的多细胞、有核形式,这是一个争论的问题。藻类,一种真核生物,被认为是地球上最古老的复杂生命形式之一。鉴于之前的化石发现将红藻的年代追溯到仅12亿年前,这项新发现可能会将进化时间线重置近5亿年。


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这种明显的红藻被发现嵌入在化石化的蓝细菌片层中,蓝细菌被广泛认为是第一批产生氧气的生命形式,也是所有藻类和植物的前身。(虽然并非所有藻类在目前的分类中都被认为是“植物”,但它们都被认为是类植物,因为它们利用光合作用产生能量)。通过用乙酸溶解周围的岩石——一种在挖掘化石中常用的方法——这篇新论文的作者们发掘出了似乎是两种形式的红藻:一种管状菌株,类似于分段的游泳池面条,以及一种由多层细胞集合组成的肉质变种。

作者使用了一种称为基于同步加速器的X射线断层扫描显微镜技术来构建化石的三维模型,并识别生物体可能用于能量产生的内部细胞结构。放射性定年法被用来确认化石的年代。“新的化石提供了切实的证据,表明至少在植物中,高级多细胞性出现的时间比之前认为的要早得多,”新论文的资深作者、瑞典自然历史博物馆古动物学荣誉退休教授斯特凡·本特松说。“它们表明,早期真核生物出现的时间可能需要进行大幅修订。”

在没有DNA(DNA不会在如此古老的样本中保存下来)的情况下,不可能确认新的化石是过去的红藻。本特松也承认这一点。但他也认为化石的结构与红藻的结构非常相似。

波士顿学院生物学家保罗·斯特罗瑟研究藻类和植物的进化,他没有参与这项新研究,但他并不认同。“如果这些是真的……它们仍然没有显示出任何类型的细胞分化。所有细胞基本上都是相同的,这些形式并不代表复杂的多细胞性,”他说。

威斯康星大学欧克莱尔分校生物学系主任威尔逊·泰勒也没有参与这项工作,他指出,即使新的样本真的是藻类,寻找复杂生命的起源仍然有很长的路要走。“如果红藻真的在这个时候进化出来了……这意味着在此之前有一段相当长的真核生物进化时期,”他说。“根据早期出现的情况,真核生物在16亿年前的地平线之前出现了多久,这只是任何人的猜测。”泰勒解释说,真核生物——几乎包括地球上所有非微观生命——很可能是在一个原核生物吞噬了另一个原核生物并发现了一些共生益处,从而使这种关系得以维持时产生的。但是,这种至关重要的结合在进化过程中花了多长时间才扎根,这是未知的。

正如本特松指出的那样,虽然红藻不是植物的直接前身——这一荣誉属于绿藻祖先——但它们确实与今天地球上所有植物的共同祖先密切相关。假设新发现是真实的,古植物学家现在面临的一个主要问题是,为什么又过了10亿年,更大、更复杂的生物才开始繁荣起来。

直到6亿到5亿年前,高等植物和动物才开始进化。海底藻类在微生物层中摇曳,逐渐让位于我们所知的植物。植物登陆海岸,塑造了一种新的景观,这种景观将包括复杂的真菌,并最终包括陆地动物。

本特松希望进一步研究早期藻类种群,以便更好地查明它们在何时何地出现,以及为什么它们在海洋中停留了这么长时间。尽管进化的支流无疑将继续被修改——一些被改道,另一些被重置——科学家们可以假设他们正在接近地球生命准确谱系;以及我们赖以生存的光合作用、产氧的共同居住者,在很大程度上点缀着我们称之为家园的星球。

Bret Stetka 是一位居住在纽约市的作家,也是 Medscape Neurology(WebMD 的子公司)的编辑主任。他的作品曾发表在《Wired》、《NPR》和《Atlantic》上。他于 2005 年毕业于弗吉尼亚大学医学院。斯特特卡于 2022 年去世。

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