生命的演化史被改写?24 亿年前的微化石揭示复杂生命是如何起源的
本文來自微信公眾號:SF 中文 (ID:kexuejiaodian),作者:SF
生命的演化過程是怎樣的,是什么因素促進了生命的復雜化,這些問題一直是科學家探索的重點。最近,一種新發(fā)現(xiàn)的微化石為解開這些問題提供了新的線索,它們來自于地球歷史上一個關鍵的時期 —— 大氧化事件。
地球上的環(huán)境曾發(fā)生過多次巨變,其中最重要的一次是大氧化事件(Great Oxygenation Event)。這是指在大約 24 億年前,地球上的氧氣濃度突然升高的一段時期,它徹底改變了地球表面的環(huán)境和生物圈。大氧化事件是由一種叫做藍細菌的原核生物引發(fā)的,它們通過光合作用產生了大量的氧氣,這些氧氣逐漸積累在大氣和海洋中,形成了氧氣的富集層。
這一事件對地球上的生命產生了深遠的影響。一方面,氧氣的升高引發(fā)了一次大規(guī)模的生物滅絕,使得許多厭氧生物(主要是古菌)無法適應富含氧氣的環(huán)境而消亡;另一方面,氧氣的升高也為演化出更復雜的生命創(chuàng)造了條件,因為氧化反應可以提供更多的能量,支持更高級的細胞結構和功能。
所以,科學家認為,大氧化事件促進了生命復雜度的飛躍,但這一假說始終缺乏化石記錄的支持。而最近,一支國際科學團隊在澳大利亞哈默斯利山區(qū)的一些巖石中發(fā)現(xiàn)了一種微化石(微小古生物化石),首次直接證實了這一假說。
新的微化石可能屬于藻類
科學家通過分析微化石的化學組成,確認了其中的碳元素是生物產生的,從而證明了這些是真正的生物化石。他們利用碳同位素進行了年代測定,發(fā)現(xiàn)所屬的年代正好與發(fā)生大氧化事件的時間相吻合。他們還發(fā)現(xiàn),這些微化石有著更大、具更復雜的細胞結構,與大氧化事件之前的微化石有著顯著的區(qū)別。
科學家最終認定,這些微化石可能屬于一種藻類,而非大氧化事件之前存在的更簡單的原核生物,如細菌等。藻類和其他所有的植物和動物一樣,都是真核生物。也就是說,它們的細胞內都有一個被膜包裹的細胞核,這是一種更高級的生命形式。與之相反的是,原核生物的細胞是沒有細胞核的。
所以說,這些微化石是第一個直接證據,將大氧化事件期間環(huán)境的變化與生命復雜度的增加聯(lián)系起來。這一發(fā)現(xiàn)已在《地球生物學》(Geobiology)雜志上發(fā)表,為了解大氧化事件提供了一個難得的機會,讓我們能夠更深入地理解這一事件對生命的影響。
真核生物很早就演化出來了?
該研究的通訊作者、美國賓夕法尼亞州立大學的科學家埃麗卡?巴洛(Erica Barlow)在進行本科研究時發(fā)現(xiàn)了這些微化石。她表示:“這些微化石與一種叫做輪藻科的現(xiàn)代生物有著驚人的相似性。這暗示著這種微化石可能是一個早期的真核生物化石。”
“這些化石保存得非常好,使得我們能夠對它們的形態(tài)、組成和復雜度進行綜合研究,”該研究的合作者、賓夕法尼亞州立大學的科學家克里斯托弗?豪斯(Christopher House)說,“這些研究結果為我們提供了一個了解數(shù)十億年前生物圈變化的絕佳窗口。”
要確定這些微化石是否真的是由真核生物留下的,還需要更多的研究工作。如果這些科學家的分析是正確的,那么這將使已知最早的真核生物化石記錄向前推了近 7.5 億年。這是一個非常重要的發(fā)現(xiàn),因為它意味著真核生物的出現(xiàn)比我們之前認為的要早得多。
這些微化石的發(fā)現(xiàn)對于我們探索地球以外的生命也有著潛在的影響,因為如果地球上的真核生物可以在大約 24 億年前就演化出來的話,那么我們就有理由相信,在其他的行星或衛(wèi)星上,也可能存在類似的情況。這意味著,我們在尋找外星生命的時候,不應該只局限于尋找原核生物的跡象,也應該考慮尋找真核生物的跡象。
參考文獻:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gbi.12576
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總結
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