《自然》:这种海绵状的化石可能来自地球上已知最早的动物

【字体: 时间:2021年07月29日 来源:nature

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  在加拿大西北部发现的化石可能改写动物生命的早期历史,但一些古生物学家不相信这是真的。

  

Black horny sponge among rocks covered in multicoloured organisms, and blue water.            

长在法国海岸外的一种黑色角质海绵(长角海绵)一些类型的角质海绵今天被收获为洗澡海绵。

大多数主要的动物群体——包括节肢动物、软体动物和线虫——首次出现在化石记录中是在5.41亿年前的寒武纪大爆发期间。但根据今天发表在《自然》杂志上的一篇论文,来自加拿大西北部的海绵化石可能比这还要早3.5亿年,这大大推迟了地球上已知最早动物的诞生时间。

这一古老的发现引发了古生物学家们的争论,他们长期以来一直在争论复杂的动物生命何时开始进化。

“如果我是对的,那么在传统动物化石首次出现之前很久,动物就已经出现了,”加拿大萨德伯里劳伦提安大学的沉积地质学家、该研究的作者伊丽莎白·特纳说。“这意味着,有一段很长的动物历史没有得到很好的保存。”

怪异而美妙的形状

然而,根据研究提供的证据,一些科学家不相信特纳的8.9亿年前化石中的微观模式表明是古代海绵。

英国爱丁堡大学研究珊瑚礁化石的地球科学家雷切尔·伍德说:“这是一个如此重大的断言,你真的必须排除所有其他可能性。”“例如,微生物会产生奇怪而奇妙的形状和形式。”她说,有时晶体也会以一种看起来像生物体形成的模式生长,这意味着特纳发现的岩石样本可能根本不是化石。 

是什么引发了寒武纪大爆发? 

特纳反驳说,目前已知的存在于8.9亿年前的造礁生物,如蓝藻或藻类,都无法解释她的样本中的复杂结构。

她从20世纪90年代攻读研究生期间开始,从加拿大偏远的西北地区的岩石中收集了所谓的古代微生物礁化石。

当特纳在显微镜下检查岩石切片时,她看到了结晶管的分支网络。她后来意识到,这些结构类似于现代角质海绵的内部支架,并与海绵蛋白(形成它们的支架的一种胶原蛋白)的衰变和石化模式一致。

她说:“这些岩石很漂亮,但你不会期望在其中找到复杂或奇怪的东西。”

动物生命的早期历史

直到过去几年,当她看到在更年轻的岩石中描述了类似结构的研究时,特纳才有信心发表她的研究结果。但这些研究也存在争议,理由是它们可能不是真正的海绵化石。

其中一篇论文的作者拍下了许多岩石样品薄片的照片,并用它们生成了所谓的海绵的3D模型。伍德说,类似的证据可能会加强特纳的说法。

如果特纳的结构确实被证明是海绵化石,加州大学戴维斯分校的地质学家大卫·戈尔德说,“那将是非常令人兴奋的,并帮助我们确定动物进化的早期故事”,这是一个已经激烈争论了几十年的主题。

Diptych showing a rock sample covered in markings and a fragment of sponge skeleton with a similar structure to the markings            

岩石中的水晶管(左)可能是8.9亿年前海绵的胶原蛋白样骨架腐烂并变成化石时形成的。一些现代海绵有内部脚手架(右),类似于岩石的形状。作者:伊丽莎白·c·特纳

但他说,尽管“在化石记录中很容易找到类似海绵的东西”,但要用其他证据来支持它们就比较困难了。例如,他和其他研究人员指出,岩石样本中含有与海绵有关的生物分子的痕迹,从而支持了化石的说法。不幸的是,考虑到特纳的岩石样本的年龄和类型,这种保存方式是不可能的,他补充道。

马萨诸塞州威廉斯敦威廉斯学院的地质学家菲比·科恩说,海绵在寒武纪大爆发之前就存在,这不是不可思议的。科学家们利用“分子时钟”(一种测量DNA和蛋白质随时间变化的突变率的仪器)来估计现存动物群体的祖先分化的时间。

科恩说,这些估计大部分表明,现存所有动物的最后一个共同祖先是在寒武纪大爆发之前进化的,但还不到3.5亿年。尽管如此,她说如果她看到更多的证据,包括关于角质海绵如何变成化石的研究,她就会相信特纳的样本是海绵化石。

分子钟的估计

对于寒武纪之前动物化石的缺乏,古生物学界存在分歧:到底是因为寒武纪之前的生物很少以化石的形式存活到今天,还是因为分子时钟对动物起源的估计是错误的。金确信在寒武纪之前就有海绵了,但他说海绵的出现时间究竟有多早是一个尚未解决的大问题。 

古代蠕虫化石可以追溯动物生命的起源 

戈尔德说,如果现代海绵动物的祖先真的生活在8.9亿年前,那就意味着早期动物在非常艰难的生存条件下存活了下来,比如极低的氧气水平和“雪球地球”时期,在这个时期,地球表面几乎完全结冰。

特纳认为,海绵可以在低氧环境中生存下来,靠的是在微生物礁的洞穴和缝隙中勉强生存,旁边是能进行光合作用的蓝藻细菌,它们能释放氧气。海绵也可能是由细菌产生的有机软泥滋养的。她说:“这些滤食生物可能会吃到美味且非常丰富的‘鼻涕’。”

科学家们热衷于他们关于地球上动物生命何时开始的观点。戈尔德说,这篇论文可能会重新激发已经悄然酝酿了几十年的辩论。“但我怀疑,对于那些已经决定了动物年龄的人来说,这不会改变很多想法。”

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