本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点

在这篇文章顶部的图片中,顶排的化石看起来有点像穿着褶边裙子的煎蛋。下面是看起来像串珠和螺旋状物体的化石。左侧为光线照片。右侧为化石的 3-D X 射线图。图 3,来自 El Albani 等人,2014 年。比例尺 1 厘米。点击图片查看来源。
对人类而言,二十亿年是一个难以想象的间隔。但是,一个由欧洲、加蓬和美国科学家组成的团队现在表示,最近发现的一批化石表明,地球上最早的大型生命进化发生在如此久远之前——大到肉眼可见,并且形态各异,令人费解和困惑。它们的形状意味着什么?存在于二十亿年前地球上的生命是否会给我们提供任何关于我们今天看到的地球的线索?这些东西究竟是什么?
为了从一个角度看待这批化石出乎意料的程度,请考虑地球大约在 45 亿年前从笼罩着我们年轻太阳的行星形成气体盘中凝聚出来。生命在地球诞生后出人意料地迅速进化,可能在 35 亿年前,甚至可能在 40 多亿年前。但是,我们今天看到的大型生命形式的祖先直到寒武纪大爆发才出现,大约在 5.5 亿年前,而最早的大型生命,埃迪卡拉生物群,在那之前仅 5000 万年出现,大约在 6 亿年前(相对简单但肉眼可见的分枝藻类可能早在 7-8 亿年前就已经进化出来)。
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这些新的化石几乎平分了时间差异,代表了令人难以置信的 15 亿年的时间飞跃。它们似乎是原本单调的微生物间奏中一个令人惊讶的标点符号。当然,化石记录非常零碎,这并不是说它是唯一的。只是我们目前知道的唯一一个。
请亲自看一看,看看你是否能想象出留下这些遗骸的生物在活着的时候会是什么样子。请记住:这些化石已经有 20 多亿年的历史了。
这里有更多扁平圆盘,边缘有褶皱,你在文章顶部的图片中看到过。右侧为 3D X 射线重建图。
这个看起来有点像一个扁平圆盘连接到一串串珠上。它们是同一个生物体的不同部分吗?
这是另一个
这个化石让人联想到胶状海钱或某种美味的酥脆零食。看看右边的那个褶皱。
右下方是一个真正奇异的东西的印模化石的一半。它让人想起另一种无法解释的生命形式,这种生命形式既存在于现实生活中,也存在于一直追溯到寒武纪的化石中:Paleodictyon nodosum。这种现象是在海底由相互连锁的洞穴组成的六边形网格,而洞穴的居住者和/或创造者从未被发现。《纽约时报》几年前发表了一篇关于这种无法解释的生物现象的有趣文章,你可以在这里阅读。但是,正如本文的作者指出的那样,无论这个弗朗斯维尔化石是什么,它在几个方面都有所不同——它的各个单元大小和分布都不规则,这与Paleodictyon的规则洞穴不同。
这是化石的另一半(岩石被劈成两半以揭示它),从上方翻转并稍微倾斜。请注意,点的分组本身就是一个圆形。这使其与在埃迪卡拉纪发现的类似化石Nemiana和Beltanelloides区分开来。
这个新的化石集合(在生物学术语中称为“化石宝库”)被称为“弗朗斯维尔生物群”,来自西非国家加蓬。到目前为止,科学家们已经从这个 21 亿年前的沉积层中收集了 400 多块化石,包括数十种新的类型,其中包括他们在最初的 2010 年自然杂志论文中描述的化石中未展示的几种新类型,根据去年夏天在PLoS ONE上发表的一篇新论文。“[这些化石]似乎代表了巨型多细胞性的第一次实验,”作者们认为。他们所说的巨型,意味着巨大——最大的标本长达 17 厘米(近 7 英寸)。
研究这些生物遗骸的研究人员对它们有一些了解——它们生活在富氧浅海的宁静海底——但除此之外,线索很少。在它们死亡后,它们被沉积物掩埋,并经常在闪闪发光的矿物黄铁矿(也称为愚人金;我在这里写过一些类似黄铁矿化的甲壳类动物)中保存下来,这是由细菌在最终变成致密黑色页岩的过程中作用形成的。事实上,正是这些生物宁静的栖息地和条件促进了黄铁矿的快速石化作用,作者认为这使得它们得以如此出色地保存下来。
使这些化石格外特别的不是它们是多细胞生物,因为它们几乎肯定是多细胞生物。而是它们肉眼可见。多细胞性在地球历史上已经进化了许多次,这可能不是第一次。但这是我们已知第一次大到足以让人类肉眼直接看到的多细胞生命。
那么,是什么可能鼓励了这种早期对“巨大”的尝试呢?
紧随它们进化之前,大气氧气在 23 亿年前的大氧化事件期间飙升,这是蓝细菌发明光合作用以及铁矿床耗尽的结果,铁矿床本可以生锈耗尽所有由此产生的氧气(著名的条带状铁矿层的起源地,位于明尼苏达州和西澳大利亚州)。作者表示,这与这样的观点一致,即更多以氧气形式存在的燃料允许了更大型生命形式的进化。氧气使能的有氧呼吸产生的能量是厌氧呼吸的 15 倍,所有这些额外的能量可以为更大的身体提供动力,一些人假设。
有趣的是,这些生物在大气氧气水平骤降的时候消失了,氧气浓度在元古宙时代的剩余时间里一直保持不变,直到大约 8 亿年前,就在大型生命在埃迪卡拉纪/寒武纪时代成为主流之前。尽管氧气水平决定了生命能够变得多大和多复杂的观点“并没有被普遍接受为多细胞生命进化和复杂化的主要驱动力”,但这些科学家表示,这一证据倾向于支持这一观点。
顺便说一句,元古宙的意思是“动物之前”。这些生物,无论它们是什么,可能不是动物,不是植物,也不是我们今天知道的任何东西。它们是什么仍然令人着迷地无法得知,但也为生动的想象力提供了丰富的素材。对于我们,它们遥远的亲属来说,它们可以是任何我们梦想中的样子。
参考文献
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