本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
地球曾经的优势物种之一？在西澳大利亚石英岩中发现的疑似微化石。为了在我拥有的空间中保留这张图像的细节，我裁剪了图像并移动了比例尺，但保留了其与图像的比例。任何与陀螺的相似之处纯属巧合。我想。图片由克里斯托弗·H·豪斯；宾夕法尼亚州立大学提供。点击查看来源。
“出乎意料地巨大和复杂”的30亿年前化石被鉴定为前浮游生物
真核生物可能不是地球上最丰富的生物（如果将病毒算作活物，那将是病毒），也不是最古老的生物（细菌和古菌肯定是元老），但它们赋予了地球结构上最有趣的乘客。翼手龙、鮟鱇鱼、黏菌、海带、猴谜树、树懒、西施犬和巨型真菌都是第一批将其DNA包装在称为细胞核的整洁隔间中的细胞的后代。
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当然，不仅仅是细胞核起了作用——它还与被称为细胞器的专业细胞隔间的超级朋友团队有关，这些细胞器与真核细胞共存。无论原因是什么，真核域一直以来都是地球上无可争议的成功。
这种成功理所当然地激发了生物学家对真核生物如何以及何时进化的好奇心。生命看起来越来越有可能在地球形成后几乎立即出现——可能就在地球形成后几亿年，远在40亿年前。这种生命可能类似于今天的细菌和古菌（统称为原核生物）。但是真核生物来自何处？ 对其年龄的猜测范围从10亿年到35亿年。但是，考虑到特定年龄的岩石可能遭受的一系列不幸命运，找到证据来证实这些说法已被证明是困难的，其中很少有命运导致在显微镜的物镜端沉积任何确凿的化石。
另一个世界，另一个时代
进入上图所示的可疑的有机纺锤形结构。在最近发表在《地质学》杂志上的一篇文章中，科学家们将其描述为“出乎意料地巨大和复杂”。还有许多其他类似的结构，它们的直径从20到60微米不等——大约相当于许多真菌孢子的大小，至少是红细胞的两倍大，是大多数细菌的几十倍大。除了它们多刺的纺锤体外，它们还具有凸缘和网状内部结构。但关键是：它们嵌入其中的岩石大约有30亿年的历史。
对于一个生物学爱好者来说，想象一下30亿年前的地球是什么样子是*非常*有趣的（当时的陆地是什么样子？海洋里充满了什么？天空和海洋是什么颜色？闻起来会很奇怪吗？我们能认出它是地球吗？），因此，找到任何关于古老的家园及其居民在很久以前的实际样子的证据，自然是令人兴奋的。
更令人兴奋的是：如果事实证明这种微化石真的是一种前生物，那么它的大小和复杂性表明它可能是最早的真核生物之一（这在《地质学》论文中没有提出，但在其他论文中已经提出）。如果是这样，它将把真核生物的起源推回到30多亿年前。当然很古老，但仍在可能的范围内。
然而，值得注意的是，巨型细菌并非闻所未闻。目前的记录保持者是纳米比亚硫珠菌，其直径可达数百微米。细菌的休眠结构，如孢子或囊肿，也可以达到惊人的尺寸。天体生物学杂志上的一篇论文的作者认为，这种防御结构可能在早期地球上很有用，早期地球容易受到间歇性的宇宙撞击，这些撞击能够产生“几乎可以使行星灭绝的热量”。
但是我们如何确定这些真的是已灭绝的细胞，而不是由围绕或在矿物晶体内部积累的有机污物制成的某种假化石呢？这正是来自宾夕法尼亚州立大学、美国宇航局约翰逊航天中心和名古屋大学的科学家团队上周在《地质学》杂志上发表文章的目的。
碳的犯罪现场调查
为了做到这一点，他们求助于碳同位素，尽管不是您可能想到的碳同位素。同位素是化学元素变体，包含不同数量的亚原子粒子。碳原子核中有6个质子，也可以有6个、7个或8个中子：分别为碳-12、-13和-14。只有碳-14是放射性的，一旦从大气中掺入木材或岩石中，就会稳定衰变。碳定年法使用这些同位素作为年龄的替代指标。但是，由于半衰期只有大约5730年，碳-14在30亿年前的岩石中早已消失殆尽。
相反，科学家们依赖于两种非放射性形式的碳的比例：碳-12和碳-13。捕获碳的光合微生物的酶更喜欢捕获含有碳-12的二氧化碳。因此，我们预计，如果假定的化石相对于周围的岩石富含碳-12，那么它们很可能不是由周围的有机碎片制成的一些人工制品。在那种情况下，我们预计碳比率会相似。
该团队从可疑形状的内部和外部采集了岩石碎片（据推测，非常小心地）。他们发现，事实上，从假定的化石内部提取的岩石碎片相对于周围的岩石，碳-13含量较低。他们进一步认为，这些生物是自由漂浮的浮游生物，因为在二氧化碳——以及因此生物体选择碳来源的能力——受到限制的环境中，纺锤体均匀的低碳-13水平是不可预期的。然而，他们无法排除这些生物正在制造或食用甲烷的可能性，因为这些生物体的碳-13与碳-12的比率范围很广。
他们说，以前也发现过类似的化石，在澳大利亚约34亿年前的斯特雷利池岩层和南非约34亿年前的翁弗瓦赫特岩群中。如果这些结构确实相关，科学家们认为，这种纺锤形生物可能“代表了一种世界性的生物实验的遗迹，这种实验似乎持续了数亿年”。换句话说，地球的海洋中充满了这些微生物的时间，比人类在地球上存在的时间长数百倍。然后，在经历了漫长的运行之后，它们灭绝了或进化成了其他东西。
再说一遍……也许不是
同样在本周，科学家们在《美国国家科学院院刊》上报告了线粒体和叶绿体年龄的新计算——线粒体和叶绿体是真核生物的两种细胞器，最初是自由生活的细菌，被原始真核细胞吞噬，并以某种方式逃脱了消化。它们将成为被称为“内共生体”的细胞伙伴，这将（字面上地）推动真核生物的崛起。
华盛顿大学的帕特里克·史和尼古拉斯·马茨克团队的分析基于一种名为ATP合酶的重要蛋白质的重复亚基和另一种名为“延伸因子热不稳定”的蛋白质的重复亚基。他们利用了以下观点：在共同祖先中发生的基因重复和内共生可以作为其各种后代基因时钟的校准点。根据他们的计算，这两种内共生事件似乎发生在相对较近的时期：线粒体大约发生在12亿年前，绿色叶绿体大约发生在9亿年前。
这可能会让人怀疑这种纺锤形生物是否是真核生物。或者可能不是。谁知道从100%原核生物到今天真核域的最后共同祖先的真核生物花了多长时间？由于有如此多的活动部件，真核细胞可能在过渡状态（原始真核生物？）中度过了数千年，然后才成为成熟的超级生物，这将是地球上所有超过1毫米的生物的祖先。
参考文献
House C.H.， Oehler D.Z.， Sugitani K. & Mimura K. (2013)。 ca. 3.0 Ga 微结构的碳同位素分析表明，浮游自养生物栖息在地球早期海洋中，《地质学》，41 (6) 651-654。DOI: 10.1130/G34055.1
Shih P.M. & Matzke N.J. 初级内共生事件可追溯到元古代晚期，并通过重复 ATPase 蛋白的交叉校准系统发育定年，《美国国家科学院院刊》，DOI: 10.1073/pnas.1305813110
Oehler D.Z.， Robert F.， Walter M.R.， Sugitani K.， Meibom A.， Mostefaoui S. & Gibson E.K. (2010)。 太古代生物圈的多样性：来自 NanoSIMS 的新见解，《天体生物学》，10 (4) 413-424。DOI: 10.1089/ast.2009.0426