[科普中國(guó)]-這片成精的“芭蕉葉”，竟是地球上最古老的動(dòng)物？

作者：考古的考拉

編輯：Kamin

要是哪個(gè)電影導(dǎo)演為設(shè)計(jì)外星生物形象而發(fā)愁，那不妨從 埃迪卡拉生物群 （Ediacaran biota）的化石上找找靈感。這群史前生物存活于5.7~5.4億年前的海底，而論奇形怪狀的程度，它們可能比許多電影還“科幻”得多。

（埃迪卡拉生物群想象復(fù)原圖，頗有一番“異球風(fēng)情”。圖片來(lái)源：Ryan Somma|Wikimedia）

為了給埃迪卡拉動(dòng)物群的諸多奇異生物化石分類(lèi)、認(rèn)種，科學(xué)家們已經(jīng)用上了半個(gè)多世紀(jì)的光陰。其中，給一種像芭蕉葉子一樣、圓圓扁扁的生物進(jìn)行分類(lèi)最傷腦筋。它的名字，叫做 狄更遜水母 （ Dickinsonia ）。

科學(xué)家對(duì)狄更遜水母的分門(mén)別類(lèi)一直在爭(zhēng)論，人們甚至搞不清楚它到底是真菌還是動(dòng)物。直到近期，一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上的最新研究通過(guò)分子化石證據(jù)表明： 這片“芭蕉葉”，竟然是目前人類(lèi)已知的、最古老的動(dòng)物之一 [1] 。

（這片“芭蕉葉”就是狄更遜水母的化石，內(nèi)含有機(jī)分子，寬度約5.5cm。 圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

充滿(mǎn)“異球風(fēng)情”的埃迪卡拉生物群

如果把生物進(jìn)化比作演出，那么第一個(gè)盛大開(kāi)場(chǎng)的節(jié)目肯定要數(shù) “寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”了。5億年前的寒武紀(jì)生物能為人熟知，是因?yàn)榻^大多數(shù)動(dòng)物的祖先就是那時(shí)候誕生的。其實(shí)， 早在寒武紀(jì)之前，地球上就已經(jīng)出現(xiàn)了年代更加古老的埃迪卡拉生物群 （距今5.7~5.4億年前）。

埃迪卡拉生物群最初被發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)六十年代，澳大利亞南部的埃迪卡拉山石英砂巖中 [2] 。其包含的生物種類(lèi)極其豐富，從細(xì)菌、真菌，到動(dòng)物全都有。只可惜，這些生物很多是“ 曇花一現(xiàn) ”， 出現(xiàn)得快，滅絕得也快，只有極少的生物門(mén)類(lèi)演化至今。所以，它就像是寒武 紀(jì)節(jié)目開(kāi)演之前的一場(chǎng)排練。

雖是排練，但它們?cè)谶M(jìn)化史上依然具有非凡的意義。對(duì)科學(xué)家而言，如果可以清楚辨識(shí)該生物群的成員分類(lèi)，那我們就能知道，寒武紀(jì)生物的祖先是不是早在埃迪卡拉生物群中就已經(jīng)“粉墨登場(chǎng)”了？

起先，該生物群中的一些化石被想當(dāng)然地鑒定成各種動(dòng)物，但是越來(lái)越精細(xì)的研究卻發(fā)現(xiàn)， 想給它們分門(mén)別類(lèi)真的是太難了 ！

一方面，埃迪卡拉生物群都是軟體生物，所以化石保存至今大多殘缺不全。另一方面，這些生物的形態(tài)實(shí)在“離譜”，猶如一個(gè)個(gè)外星來(lái)客。它們有的像肉嘟嘟的羽毛，有的像飛碟，甚至還有種狀如披薩餅的金伯拉蟲(chóng)（ Kimberella ）。面對(duì)它們，科學(xué)家很難將其與后來(lái)的生物進(jìn)行對(duì)比，更別提把它們歸入現(xiàn)有的生物分類(lèi)體系中去了。

（埃迪卡拉動(dòng)物群一瞥，分別是金伯拉蟲(chóng)、環(huán)輪水母和斯普里格蠕蟲(chóng)。圖片來(lái)源：Nobu Tamura；Matteo De Stefano；Verisimilus | Wikimedia）

狄更遜水母之謎：

我叫水母，

但絕對(duì)不是拌涼菜的那種

正如我們前文所說(shuō)，埃迪卡拉生物群中的狄更遜水母也遇到了著同樣的難題。有人認(rèn)為它們是一種真菌，或是單細(xì)胞原生生物，也有科學(xué)家將其視為一種極其古老的海洋動(dòng)物。

對(duì)此，你可能會(huì)感覺(jué)疑惑：既然這些家伙都已經(jīng)被稱(chēng)為水母了，那肯定是刺胞動(dòng)物的一種呀，怎么科學(xué)家還不知道如何給它們分類(lèi)呢？

其實(shí)，“水母”只是它在國(guó)內(nèi)常用的漢語(yǔ)名稱(chēng)而已，它們和今天能涼拌黃瓜、吃起來(lái)咯吱脆的水母可不是一回事！在其拉丁文學(xué)名 Dickinsonia 中并無(wú)“水母”之含義，并且也有學(xué)者主張將它翻譯為 狄更遜蠕蟲(chóng) 。就形態(tài)而言，目前我們只知道它兩側(cè)對(duì)稱(chēng)，有著分節(jié)的身體和一條縱貫軀體的中心軸，形似一個(gè)表面紋理呈肋狀的橢圓盤(pán)。僅憑這些信息，科學(xué)家們只能對(duì)其分類(lèi)位置進(jìn)行有限的推測(cè)，并且還陷入了曠日持久的爭(zhēng)論之中。

（幾種常見(jiàn)的狄更遜水母背部輪廓圖。圖片來(lái)源：Aleksey Nagovitsyn |Wikimedia）

主張狄更遜水母是動(dòng)物的人提出證據(jù)說(shuō)，這些生物的外形特征與后來(lái)出現(xiàn)的 扁盤(pán)動(dòng)物 （ Placozoa ）非常類(lèi)似，并且體型也比較大，所以應(yīng)當(dāng)是一種多細(xì)胞的海洋動(dòng)物。

可是，反對(duì)者們也提出了不少證據(jù)：狄更遜水母背面、腹面無(wú)區(qū)別，從化石印痕上看，沒(méi)有嘴巴和消化道， 更像是現(xiàn)代的原生生物 （簡(jiǎn)單的單細(xì)胞真核生物，比如一些藻類(lèi)）。至于體型，現(xiàn)代的原生生物可以長(zhǎng)到25厘米大，完全能比得上動(dòng)物。并且，狄更遜水母體型變異范圍很大，最小的只有4毫米，最大的能達(dá)到1.4米長(zhǎng)，這一點(diǎn)就和原生生物更像了。

看來(lái)，光靠有限的形態(tài)信息很難給狄更遜水母一個(gè)妥當(dāng)?shù)摹懊帧薄Ｄ俏覀兡芊裨谄渌矫孀鲂┩黄颇?？這時(shí)候， 分子證據(jù) 就派上了用場(chǎng)。

分子化石如何為我們解答問(wèn)題

所謂分子化石，是指化石中殘存的DNA、蛋白質(zhì)等肉眼看不到的化學(xué)物質(zhì)，它們往往能給古生物研究提供意想不到的珍貴信息。而這一次，來(lái)自澳大利亞、俄羅斯等國(guó)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)則把目光瞄準(zhǔn)了狄更遜水母的 脂質(zhì)殘存物 。

研究者分析了俄羅斯白海地區(qū)出土的狄更遜水母化石，它有著穩(wěn)定的沉積環(huán)境，保存狀況良好。即使歷經(jīng)5億余年滄桑之變，仍然能讓我們捕捉到其中殘存的油脂物質(zhì)特異信號(hào)。不過(guò)，科學(xué)家究竟要如何利用這些古老的分子證據(jù)，來(lái)把狄更遜水母放進(jìn)生物演化樹(shù)上呢？

原來(lái)，真核生物與其他類(lèi)型的生命形式（如細(xì)菌）相比，最大的不同就在于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。真核細(xì)胞膜受到一種稱(chēng)為固醇的高油酸酯強(qiáng)化，從而增強(qiáng)了細(xì)胞膜的剛性，使之在極端條件下，依舊能保持細(xì)胞的完整性 [3] 。在地球上， 只有真核生物能制造這種含固醇的油脂分 子 。所以，只要是在巖石中發(fā)現(xiàn)了這樣的化學(xué)信號(hào)，就能證明真核生物曾經(jīng)活生生地存在過(guò)。

果不其然，研究者在狄更遜水母的化石中檢測(cè)到了 固醇?xì)埩粑? 的信號(hào)， 說(shuō)明其確實(shí)是一種真核生物 。但僅僅如此還不夠，我們還得說(shuō)明狄更遜水母是動(dòng)物還是原生生物。

接下來(lái)，就要看固醇的具體成分了。即使同是真核生物，不同類(lèi)別生物所產(chǎn)生的固醇種類(lèi)及比例都不同。這些分子信號(hào)就像是生物門(mén)類(lèi)的特征指紋，而通過(guò)分析化石中不同脂質(zhì)分子的含量和比例，我們就可以知道生物所屬的大致種類(lèi)。

（左圖中的黑塊是用酸處理過(guò)的狄更遜水母化石。右圖鑷子夾起的就是一小片狄更遜水母有機(jī)質(zhì)。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

動(dòng)物細(xì)胞膜包含的固醇主要是 膽固醇 ，而原生生物（如一些真菌、藻類(lèi)）主要產(chǎn)生的則是 麥角固醇 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果則顯示，狄更遜水母化石中提取到的膽固醇含量十分豐富，居然高達(dá)99.7%。其麥角固醇的占比，最多只有0.23%。也就是說(shuō)，依據(jù)固醇含量的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判別，狄更遜水母是如假包換的動(dòng)物，而非更原始的原生生物。

考慮到狄更遜水母的久遠(yuǎn)年代（距今至少有5.58億年），人們?cè)谝环容^后認(rèn)為， 狄更遜水母是迄今為止有記錄的、地球上最古老的動(dòng)物之 一。

不過(guò)，狄更遜水母的故事到這里還是沒(méi)有講完。分子化石能告知的信息仍然有限，我們依舊不知它們究竟該放到哪一個(gè)動(dòng)物門(mén)類(lèi)中，又是否應(yīng)當(dāng)新建立一個(gè)門(mén)類(lèi)。和大多數(shù)埃迪卡拉生物群的動(dòng)物一樣，狄更遜水母在繁盛了上千萬(wàn)年后最終滅絕。而在走向滅絕之前，這種美妙又奇異的生物有無(wú)可能進(jìn)化出了新的形態(tài)，繼續(xù)存留世間，而今天地球的某個(gè)角落有無(wú)可能繁衍著它們的遙遠(yuǎn)后代呢？

就姑且留著這些問(wèn)題，繼續(xù)讓科學(xué)家們?nèi)ダ^續(xù)探秘吧。

作者名片

排版：小爽

題圖來(lái)源： Ryan Somma|Wikimedia

參考文獻(xiàn)：

[1] Ilya Bobrovskiy*, Janet M. Hope, Andrey Ivantsov, et al. Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals. 20 September 2018, Science 361, 1246 (2017)

[2] 戎嘉余主編，2018. 生物演化與環(huán)境，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.

[3] [美]卡爾·齊默著，唐嘉慧譯，2017. 演化的故事：40億年生命之旅，上海人民出版社.