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[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?

我是科學(xué)家
原創(chuàng)

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.

評(píng)論
科普cuili007
庶吉士級(jí)
明白了
2023-03-17