生物多样化从何而来?可能与一堆虫子相关优德中文官网w88手机注册

混沌之初,地球上起首发生了微生物,随后在此根本上成长出大型生命情势。生命是若何从细小的无机物酿成复杂且庞大的生物体的呢?科学家们在5.7亿年前的化石中找到了线索。在北美洲东部纽芬兰省的东南岸,有一个名叫“误导点”(Mistaken Point)的天涯。

(左:这块加拿大卑诗省伯吉斯页岩中的化石是寒武纪生命大迸发的证据,现在地球上大部门生命的先人都在阿谁期间发生。右:这条现代刚毛虫与寒武纪先人之间惊人的类似性向咱们表示,这种虫子的糊口状态历经5亿年的漫长岁月而险些没有太大转变。图:National Geographic)

之所以有这个奇异的名字,是由于每逢大雾气候海员很容易将这里误以为是左近的另一个天涯而转弯行驶,优德中文官网w88手机注册成果往往撞上礁石。现在,优德中文官网w88手机注册误导点则因它在古生物学范畴的价值而闻名。钻研者对一些化石进行从头钻研,从中发觉的一些线索大概能解开地球上最深刻同时也最令人隐晦的生命奥妙:在地球上平稳糊口了30亿年的单细胞生命若何在一夜之间迸发,演酿成庞大的多细胞生命,并且体积还都大得惊人?最晚从5.7亿年前起头,这些新呈现的生物起头遍及环球各地,迄今最早的化石就出自误导点天涯。古生物学家曾经在此进行了数十年的钻研,但现在,一些可能影响深远的细节被初次发觉。

在一个风凉的秋天,我驾驶一辆租来的吉普车从纽芬兰首府圣约翰斯出发,沿着玄色的高速公路穿过云杉和冷杉丛林,最终抵达误导点。与我同业的是多伦多大学密西沙加分校博士马克·勒弗拉姆(Marc Laflamme)和与他共事多年的同事、来自范德堡大学的英国传授西蒙·达洛克(Simon Darroch)。

(第一个大型的庞大生物体化石出此刻5.7亿年前的一个叫做埃迪卡拉纪的奥秘期间,这一期间在时间上要早于寒武纪生命大迸发。这些化石在纽芬兰被发觉,仅从外观上来看,这些化石中的虫子与地球上现有的物种之间看不出有任何接洽。虫子的身体由越来越小的节肢构成,使其体概况积大大添加,便利从海水中接收养分。图:ROMIP SPECIMEN 36502)

下车之后,驱逐咱们的是蔚蓝的天空和火辣辣的阳光——勒弗拉姆告诉我这么好的气候在本地并不常见——不外午后斜射的阳光正好照亮了岸上的化石,便利咱们作察看。

在省当局为了庇护化石宝库而在误导点成立了生态庇护区,进入庇护区后,咱们沿着一条碎石路来到海岸边。勒弗拉姆指引我看一块滑润的紫灰色岩石,巨石以30度的角度倾立在地表。石头中模糊能够看到一片暗影,看样子是一条古代蛇的骨架,肋骨和脊柱长约三英尺。与博物馆中常见的化石比拟,这里没有骨骼,只要恍惚的“影子”。好久以前这条蛇葬身海底,它的糊口体例可能与当今植物彻底分歧,它属于一个咱们所知未几的隐蔽期间,同时代另有良多奥秘的异世界生物咱们从未得见。“这是地球生命第一次体型变大。”勒弗拉姆告诉我。

(同昨天大大都鱼类、爬行类、鸟类、哺乳类和其他脊椎植物一样,斗鱼的身体布局自寒武纪晚期便已呈现。右上图即为一条皮卡虫的化石。皮卡虫身体地方有一根软骨,被称为脊索,这根软骨在厥后的脊椎植物中成长成脊柱。优德中文官网w88手机注册“所有的脊椎植物可能都是从这种植物演化而来的。”皇家安粗略博物馆古生物学家让-伯纳德·卡隆说。图:ROMIP SPECIMEN 61233(RIGHT))

此类植物状态机关的奥妙被称为“埃迪卡拉生物群”(Ediacarans),这个词语初次被利用其实1946年,其时一位名叫雷金纳德·斯布瑞格(Reginald Sprigg)的青年地质学家受聘前去南澳大利亚埃迪卡拉山去评估一个烧毁的矿场,斯布瑞格在裸露的砂岩层中发觉一些奇异的图案,有些看上去像水母,有些则与已知的植物并无较着类似之处。

让斯布瑞格和其他发觉者没有想到的是,这些化石大约有5.5亿年汗青,最短能够追溯至1000万年前的一段生物史上名为“寒武纪大迸发”的出名期间。其时生物学家正常以为地球上如斯多样的生命状态发源于寒武纪大迸发,很多植物在阿谁时间段进化成形,一部门的儿女不断繁殖至今。斯布瑞格的发觉攻破了这一原有的理论,人们第一次认识到,可能早在寒武纪之前另有一个生命迸发的期间——现在人们称之为埃迪卡拉纪——才是地球生命传奇的终点。

随后在1967年,一位名叫米斯拉(S. B. Misra)的钻研生在纽芬兰的误导点发觉了同样有陈旧生命遗址的化石层,此中一些古生物状态上彷佛与南澳州的那些“水母”不异,别的另有一些长得像树叶,不外此中良多尚未被科学界认知。左近的岩层像夹层蛋糕一样一层叠一层,此中也保存了丰硕多样的化石,周边地域构成一个化石群。岩层中同化的火山灰含有放射性铀以及衰变的铅,人们借此对化石群进行切确的年代测定,发觉误导点化石群天生期间距今约5.7亿年,是世界上最陈旧的大型多细胞植物化石。

此刻人们曾经发觉了跨越50种埃迪卡拉生物,有关化石在除南极洲之外的每个大洲都有漫衍。事实是什么缘由让在地球上默默保存了数十亿年的微生物一夜之间长大变庞大并遍及地球每个角落呢?在庞大的身躯之下,它们有如何的身体布局,用何种体例进食,又有着如何的糊口习性?

(尽管长颈鹿和萨氏海鞘形状上差了十万八千里,但两者却可追溯至统一个寒武纪先人。长颈鹿长着植物界最长的脖子,而萨氏海鞘仅在幼虫阶段短暂长出过地方脊索。幼虫靠摆动尾巴产活泼力,直到抓住一个适合附着的概况,然后它的尾巴和脊索一同退化,酿成无脊椎的成虫状态。)

在埃迪卡拉物种呈现之前,生物的演化次要局限在微观层面,因为其时地球上氧气欠缺,植物的新陈代谢也遭到制约。多亏了海洋细菌通过光合感化制作了氧气,大气中氧气的程度在20亿年前添加,不外在另一个10亿年中又连结了相对较低的程度。随后在公元前7.17亿年到公元前6.36亿年之间地球进入大面积的冰河期,冰川笼盖范畴之广让整个地球成了一个“雪球地球”(Snowball Earth)。至于背后缘由为何,人们所知甚少。

火山喷发将二氧化碳喷入大气,这场远古期间的温室效应让地球得以变暖,竣事了冰冻期。之后在大约5.8亿年前,地球又产生了一场噶斯奇厄斯(Gaskiers)冰期,不外此次冰期十分短暂且不像前次那样是环球性的,这一期间的冰川仅仅笼盖了现在的纽芬兰及其他一些地域。以上所说的这些大事记在时间上都产生在埃迪卡拉纪之前。一系列猛烈的变迁能否就是随后物种大迸发的缘由呢?漫长的冰河期竣事,大气中氧气含量添加,以及更庞大细胞的演变,可能恰是这诸多要素加起来为埃迪卡拉生物大迸发缔造了前提,自此地球生命以燎原之势繁荣起来。

(若以其下所含物种数量和丰硕度而论,节肢植物是植物界中所属物种最多的一门。节肢植物的特点包罗分节的肢体和坚硬的外骨骼,除虫豸外,常见的虾、蟹、蜘蛛、蜈蚣及已毁灭的三叶虫都属于节肢植物。科学家以为仍无数百万计的节肢植物未被发觉。在寒武纪和随后的奥陶纪期间,节肢植物是状态最为多样化的植物群。上图这块4.52亿年前的石灰岩化石可谓一个小型奥陶纪植物园,此中右边那只乌龟样的植物便是赫赫有名的三叶虫。图:ROMIP SPECIMEN 64530)

(枪虾科(学名:Alpheidae),别名鼓虾科,是真虾下目枪虾总科的此中一个科,优德中文官网w88手机注册特性是双方的爪不合错误称,较大的爪可发出巨响,就如枪声一样,因此得名。)

同样奥秘的是这些生物的糊口体例与当今植物之间的庞大差别。这些植物的身体布局如斯异乎寻常,它们体型奇特,正常较大,个体长达1米以上,德国出名古生物学家阿道夫·塞拉赫(Adolf Seilacher)以为它们该当属于一个独立于其他所有植物之外的群体。薄膜状的布局起到不变布局的感化,弥补了骨架的缺失。同时蓬松的外形也有助于最大限度添加个别概况积,便利从海水中吸收养分。

对付埃迪卡拉生物而言,若何进进食是一个问题。从化石来看,这些植物没有口腔、没有肠胃、没有肛门。也看不出有头、眼睛或者尾巴。一些植物身体一段长出一根固着器,靠这一布局将本人固定在海底,让身体主体浮在水中,就像某种树叶和水母的奇异夹杂体。不外这些“活叶子”并不是动物,没法靠光合感化自力更生,并且很多埃迪卡拉生物糊口在数千英尺深的水下,光芒无奈达到这里。

(寒武纪期间物种惊人的演化速率一部门缘由是迫于保存压力,其时很多植物靠捕食猎物维持本身保存。在这场为保存而战的军备竞赛中,植物们竞相演化出坚硬的盔甲和新的逃跑手段。奇虾?(Anomalocaris)是这一期间的顶级掠食者,出名的三叶虫即是它的浩繁猎物之一。奇虾的三个保存利器在上图的化石中清楚可见:螯爪、凸起的复眼以及身体两侧的扇翼。图右侧的大鞭尾蝎为奇虾存活至今的近亲。)

无奈进行光合感化,又没有嘴巴进食,那它们是若何养活本人的呢?其时的海底沉淀一层厚厚的无机质碎屑,一种名叫金伯拉虫(Kimberella)的软体植物率先在身体上开了一个口,用这个嘴巴进食脚底下的微生物泥土。不外有嘴巴的仍是少数,在人们的假设中,大大都埃迪卡拉生物靠渗入养分(osmotrophy)维生。尽管这个词看上去神乎其神,但历程却很简略:生物通过体膜渗入接收消融在水中的养分物质。在阿谁简略原始的情况中,进食体例也如斯纯真。除了进食体例之外,埃迪卡拉生物奇异的身体布局也让很多科学家为之入迷。尽管外表看上去很简略,但细心看,这些生物内部出现出奇奥分形的布局。一个的叶形布局内部由较小的叶形布局构成,除了尺寸巨细有异,所有叶片外形相互类似。统一个模式在分歧标准上盘旋复现。分形布局大概有助于注释它们何故长出那么大的体型,这种布局可以或许最大化体概况积,同时大概还表示了某种遗传捷径。它们的基因先是成立一个小的叶形布局,然后不竭反复此操作,越来越多的叶形体相互叠加,让个别变得更大。

我和勒弗拉姆在误导点实地调查,在那些紫灰色岩石上也见到了这种分形布局。统一片地域还能够见到其他多种埃迪卡拉生物,这些物种因其形状特性而被称为叶状状态类生命(Rangeomorphs)。在咱们踏上纽芬兰岩地的那天,勒弗拉姆指引我察看了很多叶状状态类生命化石,远距离看并不起眼,但近距离看则清楚得令人发毛。这里是一只Beothukis mistakensis,以其被发觉的地址定名。何处有一只Fractofusus,身体呈纺锤状。活着的时候,它扁平的身体躺在海底,厥后火山灰沉淀或岩石坍塌等浩劫临头之时,那些垂直发展的植物凡是死无完尸,而俯趴在海底的Fractofusus则死的更为面子些,至多身体的状态得以保存。

(寒武纪期间的软体植物凡是进化出了肢,并最终分解成多种多样的状态,当代的海蛞蝓、石鳖、掘足纲、裂螺科以及海兔等植物都是阿谁期间进化而来。上图为保具有伯吉斯页岩中的一只Nectocaris pteryx,距今5.08亿年。咱们能够在化石中找到很多现代植物——好比鱿鱼、章鱼以及一些头足类软体植物——的一些特性性布局,包罗触角、凸起的眼睛以及身体下方用于喷水促进的漏斗。大大都晚期的软体植物糊口在海底,但Nectocaris已可以或许在整个海洋中畅游。)

这些叶状状态类生命在误导点的深海中繁殖生息,保存了数百万年时间,但现在它们都消逝了,没有留下任何已知儿女。再距今5.1亿年前后的寒武纪期间,这些植物险些一夜之间从咱们所知的所有化石记实中消逝,这就是学界出名的埃迪卡拉纪末期毁灭事务。一些科学家以为埃迪卡拉生物是一场多细胞生命晚期进化的“失败尝试”。

(古今软体植物均有不异的一个外衣膜布局,图片中这只火焰贝的外衣膜呈或赤色,四周附有触角。按照需求分歧,分歧软体植物的外衣膜功用分歧。像蜗牛、蛤蜊和扇贝这些带壳的软体植物,壳的外层和中层便是由外衣膜的排泄物构成。鱿鱼、章鱼和乌贼则构成囊状外衣膜,通过节制水流进出发生推力。)

对付这个问题,勒弗拉姆的同事达洛克提出一个可能的谜底。在误导点当日的下战书,达洛克给我展现了他特地从纳米比亚带来的埃迪卡拉期间的遗址化石。与凡是所见的实体化石分歧,遗址化石次要是生物生前勾当的记实而非其躯体的保留。思量到大大都埃迪卡拉生物无奈挪动、品味和分泌,来自那一期间的遗址化石就显得更为宝贵。

达洛克以为误导点保留的是一个静态生态体系期间的化石,而纳米比亚的化石则有所分歧。很大的一个区别是后者的化石中呈现了生物掘洞的举动。专家们对庞大掘洞举动初次呈现的时间尚存争议,但无论具体时间为何年月,这些踪迹自身代表着从埃迪卡拉纪生物到寒武纪生物之间的一次庞大变迁。那些蠕虫一样的生物此前只是在海底爬行,此刻它们会刨洞向下钻了。达洛克给我展现一块有点线遗址的小石板。“它们先是在地面之上,然后消逝,然后再次显露地面。”化石证实这些远古生物具有庞大肌肉组织,可以或许在三维标的目的上挪动。一旦生物如斯挪动,那么它的身体也将随之发生前后分区别。前端可能有一个嘴巴,嘴巴内里可能另有牙齿。这但是可谓不凡的新东西和威力。这些远古虫子一下子钻入地下,一会又钻出来,如斯进进出出搅动了海底的无机质层,以至起头间接捕食其他埃迪卡拉生物。达洛克一行人在不久颁发的一篇论文中将这个寒武纪之前的期间称为“蠕虫世界”(Wormworld),并以为恰是这些会活动的蠕虫兴起,形成了埃迪卡拉生物在短时间内敏捷毁灭。

(作为棘皮植物门下的近亲,奥陶纪海百合与当代篮海星险些有着同样的身体布局。对称的身体以嘴巴为核心,浩繁触手伸向周围。两者进食的体例也险些不异,都是用触手捕捉四周海水中的食品,并送入口内。)

蠕虫并非形成埃迪卡拉生物毁灭并进而触发寒武纪生物大迸发的独一要素,其他要素也有良多,包罗海洋化学身分转变让植物得以长出富含钙质的骨骼、牙齿和壳,活动模式(不只仅是挖洞)遍及添加,以及捕食举动的崛起等等。可是,在埃迪卡拉纪和寒武纪之间的过渡期,仍有可能是蠕虫起到了环节感化。在误导点调查之行数周后,我与埃迪卡拉纪钻研专家詹姆斯·格林(James Gehling)进行了一番扳谈。格林暗示,从南澳洲埃迪卡拉山上所保留的寒武纪堆积岩的第一层能够看到,那时的海底遍及孔洞“恰似瑞士奶酪正常”。蠕虫生物松动了地面,并吃掉柔嫩的埃迪卡拉生物。“植物们有了能打洞的庞大肌肉,寒武纪由此起头。”

安粗略皇后大学的盖·纳博讷(Guy Narbonne)对蠕虫的主要性亦十分认同。优德中文官网w88手机注册不外,他与所带的钻研生进一步成长了“蠕虫世界”的假说。两人对寒武纪晚期和埃迪卡拉早期的遗址化石进行细心的阐发,留意到两个期间蠕虫活动模式具有显著改变。化石显示,寒武纪晚期的挖洞植物的寻食路线更体系化,步履更无力,效率更高,追踪资本也愈加驾轻就熟,行进路线与旧有脚印较少交织。“这反应了大脑的进化。”纳博讷告诉我。“咱们据此以为,物种举动模式被编码进基因组恰是从寒武纪生命大爆倡议头的。”他们颁发一篇论文论述这一假说,论文名字为《启智之时》(When Life Got Smart)。

埃迪卡拉生物的基因虽然能够被编码指点身体以庞大而斑斓的分形体例发展,但却无奈对情况变迁作出回应或进行高效步履。面临重生的蠕虫要挟,它们必定在所难免。若是你情愿,你尽可称它们为“失败的尝试”,但不要忘了这些植物曾在充满应战的情况中存活并繁荣跨越3000万年的时间。由此观之,咱们人类繁殖强大至今又是何其厄运。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注