隐生动物 – 寻找“隐藏的生命”

在《物种起源》(1859年)的第一版中,达尔文仅简要地提及了最早的已知化石,或者更确切地说,是化石的缺乏:“如果[进化]理论是正确的,那么在最低的寒武纪地层沉积之前,经历了很长的时间,这是无可争议的。

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在《物种起源》(1859年)的第一版中,达尔文仅简要地提及了最早的已知化石,或者更确切地说,是化石的缺乏。

如果[进化]理论是正确的,那么在最低的寒武纪地层沉积之前,经历了很长的时间,这是无可争议的……并且世界充满了生物。[然而]对于为什么我们没有发现属于这些最早时期的富含化石的沉积物的问题……我无法给出令人满意的答案。

正如达尔文所辩称的那样,据推测缺乏5亿至10亿年前的化石,这不仅是由于“地质柱的不完善”,也不是由于对大多数地区尚未完成的地质调查。当时,没有人能够真正想象地球上最早的生物(尤其是它们的石化遗骸)会是什么样子,因此要寻找什么?


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寒武纪被认为是具有明确生命迹象的最古老的地质构造之一。在寒武纪岩石中发现的一种化石是奥尔德哈姆虫 - 一种奇怪的分支状物体,地质学家约翰·威廉·道森爵士(1820-1899)将其描述为水螅状动物。

图1. 1888年的一张图,显示了地层序列及其特征化石 - 假设最古老的化石显示为奥尔德哈姆虫(寒武纪)和始生代生物(不是使用“前寒武纪”,此比例尺使用“劳伦纪”,因为对前寒武纪岩石的研究在加拿大地盾的劳伦纪地区取得了最大进展),公共领域图片。

然而,爱尔兰地质学家约翰·乔利(1857-1933)在寒冷的早晨在泥泞的小路上意外观察后提出,奥尔德哈姆虫实际上不是化石,而是由生长中的冰晶形成的铸模。后来他注意到,一个奥尔德哈姆虫物种 - O. antiqua - 总是以浮雕形式发现,另一个奥尔德哈姆虫物种 - O. radiata - 总是以凹陷形式发现。似乎像冰冻这样的偶然的无机机制会显示出如此独特的模式。事实上,奥尔德哈姆虫不是真正的化石,尽管它在某种程度上是有机来源 - 奥尔德哈姆虫今天被重新分类为遗迹化石,由未知生物形成的摄食痕迹。

就在达尔文出版他的书的前一年,沿着渥太华河收集的“前寒武纪时代”的奇怪的绿白色分层石灰岩引起了威廉·E·洛根(1798-1875)的注意,他是加拿大地质调查局的局长。他认为这些地层不仅仅是地质巧合。道森也同意这种观点,并在1864年将这种奇怪的岩石描述为加拿大始生代生物,即“加拿大的黎明动物”。

图2.始生代生物加拿大片段的放大和修复部分,图片来自道森(1888年):地质时间中的生命链(公共领域图片)。

道森将始生代生物重建为一种巨大的带壳微生物。这种解释很快受到挑战,但直到1894年,地质学家J.W.格雷戈里休·约翰斯顿-拉维斯维苏威火山喷发出的物质中发现了类似的岩石,才解决了争论。现在很明显,这种奇怪的模式是由于地下岩浆的热量对石灰岩进行化学蚀变而形成的。

似乎前寒武纪岩石确实是“无生命的”。

1878年,在美国地质调查局工作的自学成才的地质学家查尔斯·杜利特尔·沃尔科特(1850-1927)首次接触到隐生动物,“隐藏的生命”(不要与隐生动物志混淆)。没有人确定这些奇怪的分层岩石,其剖面几乎像卷心菜一样,是否是由化石化的微生物席形成的,但这似乎是最好的解释,因为隐生动物化石类似于现代钙华(由藻类席中碳酸盐沉积形成的淡水石灰岩)。

图3. 隐生动物,今天更广为人知的名称是叠层石(法国加纳)。

图4.厚度为1.5 - 2.5毫米的钙华层的显微切片,外层以仍然存活的绿藻为特征。

沃尔科特和其他地质学家开始在美国各地发现隐生动物,沃尔科特首次描述了来自大峡谷前寒武纪岩石的隐生动物。沃尔科特还描述了丘里亚虫,小的黑色圆盘,他最初将其解释为某种蛤蜊的压缩外壳,但实际上是浮游藻类的遗骸。他继续发现前寒武纪化石,并描述了来自加拿大落基山脉各个露头的隐生动物、化石细菌甚至无脊椎动物。沃尔科特的发现似乎毫无疑问地证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·查尔斯·西沃德爵士(1863-1941),剑桥大学的植物学教授,在研究沃尔科特收集的一些假设的藻类化石时,质疑它们的有机起源。他还驳回了隐生动物是由藻类形成的观点,在他的“植物生命穿越时代”(1935年出版)中,他指出在岩石层中没有发现保存下来的细胞结构。

他的结论是,像始生代生物一样,隐生动物只是另一种虚假的化石,这将使对早期陆地生命的进一步研究延迟了近半个世纪。

待续...

参考文献

JACKSON, P.N.W. (2011): 遗迹学史:约翰·乔利(1857-1933)关于奥尔德哈姆虫:诗意和科学观察。遗迹学杂志 18(4): 209-212

SCHOPF, J.W. (1999): 生命摇篮 - 地球最早化石的发现。普林斯顿大学出版社:367

SCHOPF, J.W. (2009): 寻找前寒武纪化石:该科学的简要谱系。前寒武纪研究,第173号: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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