地学

这片成精的“芭蕉叶”,竟是地球上最古老的动物?

考古的考拉 发表于  2018-10-31 20:05

|· 本文来自“我是科学家”·|

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

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[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。 图片来源:参考文献[1]

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

狄更逊水母之谜:我叫水母,但绝对不是拌凉菜的那种

正如我们前文所说,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,它们和今天能凉拌黄瓜、吃起来咯吱脆的水母可不是一回事!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

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

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]

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?

就姑且留着这些问题,继续让科学家们去继续探秘吧。(编辑:Kamin)

参考文献:

  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. 戎嘉余主编,2018. 生物演化与环境,中国科学技术出版社.
  3. [美]卡尔·齐默著,唐嘉慧译,2017. 演化的故事:40亿年生命之旅,上海人民出版社

作者名片

热门评论

  • 2018-11-01 08:24 大头米少
    引用文章内容: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%。


    引用文章内容:狄更逊水母在繁盛了上千万年后最终灭绝。

    胆固醇过高,挂了(掩面笑.jpg)

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全部评论(16)
  • 1楼
    2018-10-31 21:04 地球上的裸猿

    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。
    ————

    [1] 评论
  • 2楼
    2018-10-31 23:03 在雨夜

    有了时空穿梭机后回去看看吧。

    [0] 评论
  • 3楼
    2018-11-01 08:24 大头米少
    引用文章内容: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%。


    引用文章内容:狄更逊水母在繁盛了上千万年后最终灭绝。

    胆固醇过高,挂了(掩面笑.jpg)

    [4] 评论
  • 4楼
    2018-11-01 09:38 Mr.Gold

    第一张那个图我一直以为是电脑做的,直到逛博物馆的时候看到了实物模型。。。。

    [1] 评论
  • 5楼
    2018-11-01 11:28 上条大雄

    之前看别人科普的时候,形容这个时期的生物像肉饼……

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  • 6楼
    2018-11-01 13:13 Karlson

    “爸爸,我应该长成个什么样子比较好?”

    “孩子,这方面我们都没经验,你就随便长一个好了”

    画外音:难道不是应该长的像父母吗?难道又一个隔壁家老宋的?

    [1] 评论
  • 7楼
    2018-11-01 13:52 天降龙虾
    引用文章内容: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

    这货要是动物的话,那咱们算什么??????

    [0] 评论
  • 8楼
    2018-11-01 14:41 猫和十三香

    震惊,这篇文章 天降龙虾 居然没有评论过!!!!

    [1] 评论
  • 9楼
    2018-11-01 17:42 天降龙虾
    引用@猫和十三香 的话:震惊,这篇文章 天降龙虾 居然没有评论过!!!!

    现在评论要审核,震惊之前,请稍等片刻。。。

    [0] 评论
  • 10楼
    2018-11-02 10:25 Karlson
    引用@天降龙虾 的话:这货要是动物的话,那咱们算什么??????

    草履虫,了解一下。没嘴没消化道,也别当它不是动物。 23333

    [0] 评论
  • 11楼
    2018-11-02 14:56 天降龙虾
    引用@Karlson 的话:草履虫,了解一下。没嘴没消化道,也别当它不是动物。 23333

    也对,单细胞动物也是动物。。。

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  • 12楼
    2018-11-04 22:59 龙灵子
    引用@Karlson 的话:草履虫,了解一下。没嘴没消化道,也别当它不是动物。 23333

    草履虫是一粒儿,可这玩意儿是一坨啊。

    没事儿,我抬着杠玩玩,我知道它是动物。

    [0] 评论
  • 13楼
    2018-11-05 10:46 Karlson
    引用@龙灵子 的话:草履虫是一粒儿,可这玩意儿是一坨啊。没事儿,我抬着杠玩玩,我知道它是动物。

    也许它就是一坨单细胞呢?2333

    就像各种禽蛋那样,一个卵细胞+一堆营养物质。额,不知道恐龙蛋是不是单细胞

    或者这一坨多细胞,每一个细胞都是成精了的草履虫……

    没事,没口没消化道的东西也叫动物,我想着也挺悬的……

    [0] 评论
  • 14楼
    2018-11-05 12:57 果殼一夢
    引用@Karlson 的话:草履虫,了解一下。没嘴没消化道,也别当它不是动物。 23333

    草履虫不是动物。

    不过确实有没嘴没消化道的多细胞动物:丝盘虫。

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  • 15楼
    2018-11-05 15:41 Karlson
    引用@果殼一夢 的话:草履虫不是动物。不过确实有没嘴没消化道的多细胞动物:丝盘虫。

    那我们可能学了假的《动物学》

    [0] 评论
  • 16楼
    2018-11-07 08:27 Jackfrost
    引用@天降龙虾 的话:这货要是动物的话,那咱们算什么??????
    咱们是四足兽


    [0] 评论

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考古的考拉
考古的考拉 中科院古脊椎所研究生,学习古人类方向,喜欢欧洲语言、艺术及一些稀奇古怪的玩意儿。

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