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这片“芭蕉叶”,竟是地球上最古老的动物?

时间: 2018-10-31 15:35 作者:网络 来源:转载 点击:
    要是哪个电影导演为设计外星生物形象而发愁,那不妨从埃迪卡拉生物群(Ediacaran biota)的化石上找找灵感。这群史前生物存活于5.7~5.4亿年前的海底,而论奇形怪状的程度,它们可能比许多电影还“科幻”得多。
 埃迪卡拉生物群想象复原图,颇有一番“异球风情”。图片来源:Ryan Somma|Wikimedia
埃迪卡拉生物群想象复原图,颇有一番“异球风情”。图片来源:Ryan Somma|Wikimedia

  为了给埃迪卡拉动物群的诸多奇异生物化石分类、认种,科学家们已经用上了半个多世纪的光阴。其中,给一种像芭蕉叶子一样、圆圆扁扁的生物进行分类最伤脑筋。它的名字,叫做狄更逊水母(Dickinsonia)。

  科学家对狄更逊水母的分门别类一直在争论,人们甚至搞不清楚它到底是真菌还是动物。直到近期,一项发表在《科学》(Science)上的最新研究通过分子化石证据表明:这片“芭蕉叶”,竟然是目前人类已知的、最古老的动物之一。

这片“芭蕉叶”就是狄更逊水母的化石,内含有机分子,宽度约5.5cm。 图片来源:参考文献[1]
这片“芭蕉叶”就是狄更逊水母的化石,内含有机分子,宽度约5.5cm

  充满“异球风情”的埃迪卡拉生物群

  如果把生物进化比作演出,那么第一个盛大开场的节目肯定要数 “寒武纪生命大爆发”了。5亿年前的寒武纪生物能为人熟知,是因为绝大多数动物的祖先就是那时候诞生的。其实,早在寒武纪之前,地球上就已经出现了年代更加古老的埃迪卡拉生物群(距今5.7~5.4亿年前)。

  埃迪卡拉生物群最初被发现于上世纪六十年代,澳大利亚南部的埃迪卡拉山石英砂岩中[2]。其包含的生物种类极其丰富,从细菌、真菌,到动物全都有。只可惜,这些生物很多是“昙花一现”,出现得快,灭绝得也快,只有极少的生物门类演化至今。所以,它就像是寒武纪节目开演之前的一场排练。

  虽是排练,但它们在进化史上依然具有非凡的意义。对科学家而言,如果可以清楚辨识该生物群的成员分类,那我们就能知道,寒武纪生物的祖先是不是早在埃迪卡拉生物群中就已经“粉墨登场”了?

  起先,该生物群中的一些化石被想当然地鉴定成各种动物,但是越来越精细的研究却发现,想给它们分门别类真的是太难了!

  一方面,埃迪卡拉生物群都是软体生物,所以化石保存至今大多残缺不全。另一方面,这些生物的形态实在“离谱”,犹如一个个外星来客。它们有的像肉嘟嘟的羽毛,有的像飞碟,甚至还有种状如披萨饼的金伯拉虫(Kimberella)。面对它们,科学家很难将其与后来的生物进行对比,更别提把它们归入现有的生物分类体系中去了。

埃迪卡拉动物群一瞥,分别是金伯拉虫、环轮水母和斯普里格蠕虫。图片来源:Nobu Tamura;Matteo De Stefano;Verisimilus | Wikimedia  
埃迪卡拉动物群一瞥,分别是金伯拉虫、环轮水母和斯普里格蠕虫。图片来源:Nobu Tamura;Matteo De Stefano;Verisimilus | Wikimedia

  狄更逊水母之谜:我叫水母

  正如前文所说,埃迪卡拉生物群中的狄更逊水母也遇到了着同样的难题。有人认为它们是一种真菌,或是单细胞原生生物,也有科学家将其视为一种极其古老的海洋动物。

  对此,你可能会感觉疑惑:既然这些家伙都已经被称为水母了,那肯定是刺胞动物的一种呀,怎么科学家还不知道如何给它们分类呢?

  其实,“水母”只是它在国内常用的汉语名称而已,在其拉丁文学名Dickinsonia中并无“水母”之含义,并且也有学者主张将它翻译为狄更逊蠕虫。就形态而言,目前我们只知道它两侧对称,有着分节的身体和一条纵贯躯体的中心轴,形似一个表面纹理呈肋状的椭圆盘。仅凭这些信息,科学家们只能对其分类位置进行有限的推测,并且还陷入了旷日持久的争论之中。

几种常见的狄更逊水母背部轮廓图。图片来源:Aleksey Nagovitsyn |Wikimedia
几种常见的狄更逊水母背部轮廓图。图片来源:Aleksey Nagovitsyn |Wikimedia

  主张狄更逊水母是动物的人提出证据说,这些生物的外形特征与后来出现的扁盘动物(Placozoa)非常类似,并且体型也比较大,所以应当是一种多细胞的海洋动物。

  可是,反对者们也提出了不少证据:狄更逊水母背面、腹面无区别,从化石印痕上看,没有嘴巴和消化道,更像是现代的原生生物(简单的单细胞真核生物,比如一些藻类)。至于体型,现代的原生生物可以长到25厘米大,完全能比得上动物。并且,狄更逊水母体型变异范围很大,最小的只有4毫米,最大的能达到1.4米长,这一点就和原生生物更像了。

  看来,光靠有限的形态信息很难给狄更逊水母一个妥当的“名分”。那我们能否在其他方面做些突破呢?这时候,分子证据就派上了用场。

分子化石如何为我们解答问题

  分子化石如何为我们解答问题

  所谓分子化石,是指化石中残存的DNA、蛋白质等肉眼看不到的化学物质,它们往往能给古生物研究提供意想不到的珍贵信息。而这一次,来自澳大利亚、俄罗斯等国的科学家团队则把目光瞄准了狄更逊水母的脂质残存物。

  研究者分析了俄罗斯白海地区出土的狄更逊水母化石,它有着稳定的沉积环境,保存状况良好。即使历经5亿余年沧桑之变,仍然能让我们捕捉到其中残存的油脂物质特异信号。不过,科学家究竟要如何利用这些古老的分子证据,来把狄更逊水母放进生物演化树上呢?

  原来,真核生物与其他类型的生命形式(如细菌)相比,最大的不同就在于细胞膜的结构。真核细胞膜受到一种称为固醇的高油酸酯强化,从而增强了细胞膜的刚性,使之在极端条件下,依旧能保持细胞的完整性[3]。在地球上,只有真核生物能制造这种含固醇的油脂分子。所以,只要是在岩石中发现了这样的化学信号,就能证明真核生物曾经活生生地存在过。

  果不其然,研究者在狄更逊水母的化石中检测到了固醇残留物的信号,说明其确实是一种真核生物。但仅仅如此还不够,我们还得说明狄更逊水母是动物还是原生生物。

  接下来,就要看固醇的具体成分了。即使同是真核生物,不同类别生物所产生的固醇种类及比例都不同。这些分子信号就像是生物门类的特征指纹,而通过分析化石中不同脂质分子的含量和比例,我们就可以知道生物所属的大致种类。

左图中的黑块是用酸处理过的狄更逊水母化石。右图镊子夹起的就是一小片狄更逊水母有机质。图片来源:参考文献[1]
左图中的黑块是用酸处理过的狄更逊水母化石。右图镊子夹起的就是一小片狄更逊水母有机质

  动物细胞膜包含的固醇主要是胆固醇,而原生生物(如一些真菌、藻类)主要产生的则是麦角固醇。实验结果则显示,狄更逊水母化石中提取到的胆固醇含量十分丰富,居然高达99.7%。其麦角固醇的占比,最多只有0.23%。也就是说,依据固醇含量的标准来判别,狄更逊水母是如假包换的动物,而非更原始的原生生物。

  考虑到狄更逊水母的久远年代(距今至少有5.58亿年),人们在一番比较后认为,狄更逊水母是迄今为止有记录的、地球上最古老的动物之一。

  不过,狄更逊水母的故事到这里还是没有讲完。分子化石能告知的信息仍然有限,我们依旧不知它们究竟该放到哪一个动物门类中,又是否应当新建立一个门类。和大多数埃迪卡拉生物群的动物一样,狄更逊水母在繁盛了上千万年后最终灭绝。而在走向灭绝之前,这种美妙又奇异的生物有无可能进化出了新的形态,继续存留世间,而今天地球的某个角落有无可能繁衍着它们的遥远后代呢?
 

(责任编辑:admin)

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