问题

Nature 新研究发现最古老动物化石的潜在证据,可追溯到 8.9 亿年前,这具有哪些意义?

回答
Nature 最新发表的一项研究,为我们揭示了地球生命史中最古老、最令人着迷的篇章,其潜在证据可追溯到惊人的 8.9 亿年前,这无疑是一场颠覆我们认知,堪称科学界的一场“大爆炸”。这项发现不仅仅是找到了一块新的化石,它更像是一扇通往遥远过去的窗户,让我们得以窥视生命演化的最早期阶段,其意义深远且多维度。

首先,这项研究将我们对动物起源时间的认知向前推了数亿年。 在此之前,我们普遍认为最早的复杂动物生命形式(如埃迪卡拉生物群)出现在大约 5.4 亿年前的寒武纪生命大爆发时期。而这次发现的 8.9 亿年前的化石,如果得到进一步证实,将意味着地球上的动物类生命早已存在,并且在远比我们想象的更早的时期就已经孕育和发展出了初步的复杂性。这意味着,生命从单细胞到多细胞,再到具有一定形态和功能的动物,这个漫长的演化过程,比我们原先设想的要漫长得多,也更为曲折。它迫使我们重新审视和修改生命演化时间轴,为理解早期生命的扩散和多样化提供了全新的起点。

其次,这批潜在的化石证据为“生命之谜”的解答提供了新的线索。 这项研究的价值在于,它指向的是一种具有特定化学标记和微观结构的有机物,这些特征与我们已知的一些早期动物的生物合成途径和细胞结构高度吻合。尽管我们还不能直接看到清晰的、具有典型动物形态的化石,但这些“化学指纹”和“结构痕迹”却提供了非常有力的间接证据。科学家们正在通过高精度显微镜技术和化学分析手段,试图从这些微小的遗迹中“读出”更多关于这些古老生物的信息——它们可能是什么类型的动物?它们的身体结构是怎样的?它们是如何生存的?这些问题的答案,将极大地丰富我们对地球早期生态系统的理解,甚至可能帮助我们推测出动物最原始的形态和功能。

第三,这项发现对“地球早期适居性”的研究提出了新的课题。 8.9 亿年前的地球是什么样子的?当时的海洋环境、大气成分、地质活动状况是否足以支持复杂动物的生存?这项发现将促使科学家们更加深入地研究那个时期地球的环境条件。如果动物真的在那时就已经出现,那么当时的地球必然已经具备了一定的氧气含量、稳定的海洋环境和足够丰富的有机营养物质,这些都是复杂生命形式出现和进化的先决条件。这不仅能帮助我们理解地球生命演化的历程,也为我们搜寻地外生命提供了重要的借鉴——在其他行星上,是否存在类似地球早期生命演化所需的条件?

更进一步来说,这项研究还可能挑战我们对“动物”定义的理解。 如果这些化石真的代表了最早的动物,那么它们可能与我们今天所熟知的动物形态差异巨大,甚至可能不具备我们现在定义动物的一些关键特征。这会促使科学家们重新思考,什么是构成“动物”的本质属性?这种跨越数亿年的生命演化,可能经历了我们难以想象的形态和生理上的巨大变迁。科学界需要更精细、更开放的视角来定义和识别早期动物生命,而不仅仅局限于现生动物的特征。

从方法论的角度看,这项研究也展示了跨学科合作的强大力量。 识别如此古老、如此微小的生命痕迹,需要地质学、生物学、化学以及分析科学等多个领域的专家通力合作。地质学家提供采样地点和对岩石年龄的精确测定,生物学家利用其对生命演化过程的理解来解读这些痕迹,化学家则通过高精度的仪器分析来寻找生命活动的“化学签名”。这种多学科的融合,是突破传统认知边界的驱动力,也为未来类似的研究提供了宝贵的经验。

最后,从哲学和人类学层面来看,这项发现更像是在我们自己的起源故事上,又增添了浓墨重彩的一笔。我们是谁?我们从哪里来?这些古老的问题因为这次发现,有了更深邃的答案。我们不再是突然出现在地球上的“闯入者”,而是经历了几十亿年漫长演化过程的产物。了解生命起源的更早期阶段,有助于我们更谦逊地看待自身在地球生命史中的位置,也更加敬畏生命本身的神奇与顽强。

总而言之,Nature 的这项新研究,尽管仍有待进一步的严格验证和更确凿的证据支持,但其潜在的影响力是革命性的。它不仅仅是科学知识的拓展,更是对我们理解生命本质、地球历史以及我们在宇宙中位置的一次深刻的重塑。这就像一个侦探小说,我们刚刚找到了一枚极有价值的线索,它预示着一个更为宏大、更为古老的故事即将展开。

网友意见

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谢邀!

本来还睡得迷迷糊糊的,看到这个问题直接清醒了。

赶紧跑过去看了这篇论文,写点东西,权当抛砖引玉。


最古老的动物化石一直是前寒武研究中一个重要的“争夺对象”,往小了说,这是一个重要的含有“最”的荣誉,往大了说,这关系到整个地质历史时期的生物结构的诞生与演化。后生动物的起源作为最重要的生命科学问题之一,一直以来都有两种研究模式:1.通过现生生物的系统发生树来重构后生动物的起源;2.找到更古老的化石作为直接证据。前一种技术手段往往会由于算法以及采样的问题导致非常紊乱甚至自相矛盾的结果,而后者则更是可遇不可求,因此几乎每当发现疑似最古老的宏体动物化石时,都要敲锣打鼓送上naturescience本刊。

在系统发育的指导下,最古老的后生动物类群被分为两个比较重要的假说主张:栉水母派与海绵派。早期依赖于形态学研究的结论,一般认为海绵是最古老的后生动物类群,但是2008年夏威夷大学的Dunn等采用表达标签序列(est)分析之后,却把栉水母放在了最基底的位置,至此引发了十多年的学术争端。

当然这个问题在后续的研究当中逐渐归因于外群的长支伪影干扰、模型构建以及基因选择等等问题,在今年的年初,都柏林圣三一大学的Redmond重构的整个系统发育树,又将最原始的后生动物宝座交还给了海绵。这篇文章发表在NC上,有兴趣的同学可以看一看,用了一个蛮有趣的方法来做的。

不过说一千道一万,这些研究都没有办法非常坚实地证明最古老的后生生物到底是谁,毕竟改一下树的结构与建树方法,结果可能又会偏向到另一边。这个时候,来自地层的直接证据反而更为重要,虽然我们不能直接证明自己挖到的东西一定是最老的,但是一次比一次老,总是能解释出前寒武的生命图景。本来嘛,这项工作主要是在中国完成的。2008年的时候,在贵州江口发现了独特的八臂仙母虫(Eoandromeda octobrachiata)化石,这个漂亮的小东西隶属于陡山沱组,距今约5.8亿年,位于埃迪卡拉纪。


这个化石出来之后没过多久就被认为是“最古老的后生动物”,由于它的形态特征类似于栉水母,因此也被人为是栉水母的最早期类群。可以说,这个化石似乎证明了栉水母派的观点,起码在埃迪卡拉纪的时候,就已经有类似于栉水母的类群出现在地球上了。

不过这个荣誉并没有保持太久,2015年,贵州始杯海绵(Eocyathispongia qiania)的报道又让这个荣誉重新回到的海绵头上。这个化石发现于瓮安生物群,距今约有6.09亿年,早于之前报道的埃迪卡拉生物群。直到今天这篇文章出现之前,贵州始杯海绵还占着最古老的后生动物宝座。不过争来争去到底是海绵自家人,所以无伤大雅,也无所谓啦。

(说起来云南大学侯先光老师在澄江生物群找到了一个新种三穹傣花虫Daihua sanqiong ,用这个去建立形态的贝叶斯树之后发现栉水母与刺胞动物更为接近,最原始的还是海绵动物)



好,回到正题,来谈一谈这篇文章。

这篇文章的立论点不同于前面的几篇报道,直接就掏出了个化石给你看。这篇文章的核心基于一个假说,即,显生宙叠层石中的一种蠕虫状微结构是藻类与海绵共同形成的。这一结构早期认为与原生生物有关,但是由于这种蠕虫状微管结构非常规律,并且相当复杂,因此文章认为这排除了非生物成因与真菌等其他生物的影响。

这一批带有微管结构的生物礁所在的层位是加拿大西北部的石刀组(Stone Knife Formation),距今约8.9亿年。研究方法倒是不太复杂,就是通过切片之后重建这个结构的三维模型。做出来的结构非常漂亮,但是说实话,这个结构似乎不一定是动物产生的,在某些情况下,也有可能是微生物或者晶体生长导致的。换句话说,能否证明这个玩意儿是化石,将是整个研究的关键。

在叠层石中类似的结构其实并不少见,尤其是加拿大,产出了非常多的微管状结构化石。但是很多被归于大型藻类或者微生物遗迹。作为比较重要的早期生物保存形式,叠层石几乎贡献了从生命诞生之初到显生宙的各种生命活动痕迹,譬如澳大利亚西部35亿年前的叠层石中就发现了早期生命活动的证据。

如果说这一次发现的确实是海绵动物的化石的话,那么除开将后生动物推进数亿年的功劳,还会引起接下来的两个问题:1.后生动物的诞生与新元古代的氧化事件(Neoproterozoic Oxidation Event-NOE)脱钩,这是非常严重的问题,因为一般认为正是这一次大氧化事件奠定了现代生物结构,但是认定的大氧化时间为8亿~5.5亿年,在没有大氧化的前提下形成宏体动物是非常不可思议的;2.新元古代大冰期没有对后生动物演化产生影响。这也是全新的困难,如果在生命早期如此严重的冰期事件都没有影响后生动物的出现的话,那么也是改写教科书的重要发现。

总体来说,这次的发现算得上非常重要,但前提得是能确定这真的是海绵化石而不是微生物或非生物痕迹。不过要想解决这个问题,似乎短时间内还没有办法,所以让我们拭目以待,希望能找到更加坚实的证据吧。

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