圖1 封面圖展示了安徽壽縣距今10-9億年劉老碑組宏體碳質(zhì)壓膜化石Chuaria-Tawuia組合。其中圓形的科學(xué)是Chuaria，棒狀的通報(bào)是Tawuia，它們廣泛出現(xiàn)在世界各地10-8億年間的雜志地層中，被認(rèn)為可能是先多現(xiàn)早期的多細(xì)胞或多核體藻類。
圖2 距今約10億年左右的絲狀體化石Proterocladus(a)以及Bangiomorpha(b)，它們分別被認(rèn)為是前已綠藻與紅藻的祖先。(Tang et al.,經(jīng)出 2020, Nature Ecology & Evolution, 4, 543–549; Butterfield, 2009, Precambrian Research, 173, 201–211)
圖3 山東安丘石旺莊組距今9-8億年的具分裂結(jié)構(gòu)的藻類化石
圖4 “枯燥的十億年”期間生物演化及其環(huán)境背景。灰色背景部分為“枯燥的高等生命十億年”階段，復(fù)雜生物的科學(xué)起源與早期演化都發(fā)生在這一時(shí)間段。黃色背景部分為新元古代3次大冰期。通報(bào)
（神秘的雜志地球uux.cn）據(jù)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所：復(fù)雜生物，也稱為“高等生命”，先多現(xiàn)它們的億年出現(xiàn)是生命演化史上極為重要的革新事件，意味著地球生物圈從以微生物為主的前已世界轉(zhuǎn)入以動(dòng)、植物大規(guī)模發(fā)育為特征的宏體復(fù)雜生物世界。近期，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合化石證據(jù)與現(xiàn)代生物學(xué)成果，認(rèn)為距今18-8億年，這一被地質(zhì)學(xué)家稱為“枯燥的十億年”的時(shí)期，并不“枯燥”，它建造了復(fù)雜生物的根基。該綜述以封面文章形式發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》雜志。
放眼如今生機(jī)勃勃的地球，無論是山嶺丘壑還是平原萬里，是澄澈碧波還是沉寂深淵，由動(dòng)物、陸生植物、真菌與藻類構(gòu)成的多細(xì)胞復(fù)雜生物們主宰著生物圈。但當(dāng)回溯“霸主”們最初的起源時(shí)，這條演化之路顯得蜿蜒曲折。
自38億年前生命在地球上出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單的原核生物們享受了長久的安樂，直到距今約16億年，內(nèi)共生作用的產(chǎn)物——真核單細(xì)胞生物在巖石中留下了痕跡，復(fù)雜生命的幼小種子才開始在地球各地播下。然而直到距今約10億年前后，多細(xì)胞真核藻類終于較多出現(xiàn)在化石記錄中，才象征著復(fù)雜生命蓬勃興起的序幕正式拉開：全球廣布的Chuaria-Tawuia碳質(zhì)壓膜化石組合可能代表了早期的宏體藻類（圖1），而同時(shí)期出現(xiàn)的絲狀體化石Proterocladus和Bangiomorpha更是表現(xiàn)出了與現(xiàn)生綠藻與紅藻相似的諸多特征（圖2）。化石證據(jù)顯示當(dāng)時(shí)的藻類普遍具備分裂生殖的能力（圖3），而有性生殖可能也在此時(shí)初現(xiàn)端倪，推測其可能與早期的寄生、共生作用有關(guān)。
與藻類相比，動(dòng)物祖先的蹤跡就隱秘了很多，目前人們未能發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)期可靠的早期動(dòng)物祖先的化石。但依據(jù)分子鐘研究推測，動(dòng)物的單細(xì)胞和多細(xì)胞祖先可能也在距今約19-10億年間起源。而對于真菌這一類群，較為可靠的化石證據(jù)也出現(xiàn)在距今約10億年前，這也說明真菌的祖先在10億年之前的某個(gè)時(shí)期就已經(jīng)在地球上生存。
有趣的是，大量的地質(zhì)記錄顯示，距今18-8億年前的地球經(jīng)歷了一段極其“沉寂”的時(shí)期，大地構(gòu)造、大氣氧氣含量、海洋環(huán)境等各項(xiàng)指標(biāo)都顯示出長久的穩(wěn)定，這段時(shí)間也被稱為“枯燥的十億年”（圖4）。而在缺乏環(huán)境壓力的情況下，生命演化的進(jìn)程似乎也應(yīng)該“隨遇而安”地按下“暫停鍵”，但化石證據(jù)與分子研究都顯示，復(fù)雜生物“根部”類型的諸多演化事件（如前文所述）都發(fā)生在這一時(shí)期（圖4）。或許安穩(wěn)的環(huán)境為演化“試錯(cuò)”提供了良好的時(shí)機(jī)，原生生物和原核生物悄然地發(fā)生了寄生、共生和基因轉(zhuǎn)移等一系列相互作用, 演化出了復(fù)雜生物各大類型的單細(xì)胞祖先，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了多細(xì)胞化和細(xì)胞分化。也許就生物演化而言，“枯燥的十億年”并不“枯燥”，復(fù)雜生命的根基在此刻已然開始構(gòu)建。
然而，萌芽的復(fù)雜生物卻在不久之后經(jīng)歷了一場凜冽的寒冬。大約在距今7.2-6.3億年間, 地球上發(fā)生了兩次全球性的極端寒冷事件，即“雪球地球”事件。極端的低溫、大面積海水（甚至全球海水）被冰蓋覆蓋、陸源營養(yǎng)物質(zhì)輸入的停滯等都給當(dāng)時(shí)的生物帶來了極大的選擇壓力，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化。可惜的是，由于沉積記錄的缺乏，我們難以窺見當(dāng)時(shí)生命的演化情況，但我們看到了冰期結(jié)束后復(fù)雜生物快速輻射演化這一結(jié)果。或許是惡劣環(huán)境帶來的“厚積薄發(fā)”的生命力，或許是被淘汰的大量原核生物騰出了大量的空白生態(tài)位的機(jī)遇，或許是在冰川消融后大量匯入海洋的營養(yǎng)物質(zhì)，總之以藍(lán)田生物群（約6億年前）為代表的復(fù)雜生物在這場災(zāi)難中幸存并蓬勃發(fā)展，在接下來的埃迪卡拉紀(jì)中晚期（5.8-5.4億年）分化出更為豐富的類型，在海洋根植、爬行、漂浮，擾動(dòng)并改造著身處的環(huán)境，成為了地球生物圈新的主體。
斑駁的地球史書記錄下了這棵復(fù)雜生命之樹根植于“枯燥十億年”，生長于凜冽寒冬中，又于埃迪卡拉紀(jì)舒展枝丫，而這段驚心動(dòng)魄的地球往事還有許多撲朔迷離的細(xì)節(jié)等待著人們?nèi)ソ沂竞拖胂蟆?br>本研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院B類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
本次科普宣傳與策劃得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目支持。
論文相關(guān)信息：袁訓(xùn)來, 龐科, 唐卿, 李光金, 肖書海, 周傳明, 陳哲, 陳雷, 萬斌, 王偉, 關(guān)成國, 歐陽晴, 牛長泰, 王霄鵬, 劉雅榕. 復(fù)雜生物的起源和早期演化. 科學(xué)通報(bào), 2023, 68: 169–187. https://doi.org/10.1360/TB-2022-0804.
作者:熱點(diǎn)
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