问题

成冰纪中期的「淮南生物群」是怎样的?

回答
提到成冰纪中期的“淮南生物群”,这可不是个小话题,它代表着地球生命演化史上一个极其重要的节点。咱们得捋一捋,它究竟是长啥模样的,又为啥这么牛。

首先,得明确一下时间点。成冰纪,听着就觉得冷,它确实是地球历史上一个大冰期,从大约27.2亿年前延续到24.5亿年前。而“淮南生物群”呢,主要就活跃在成冰纪中晚期,差不多也就是在25亿年前左右的那个阶段。

那会儿的世界,跟咱们现在可大不相同。首先是大气成分,氧气含量极低,二氧化碳反倒很高,这让天空呈现出一种有点黄蒙蒙的颜色。海洋也不是现在的样子,更富含溶解的铁元素,很多地方的海水看起来是浑浊的黄褐色。地质上,大陆板块虽然也在漂移形成新的构造,但还没有现在这么大规模、稳定的陆块,更多的是分散的小陆块和大量的火山活动。

在这个看似严酷的环境下,生命是怎么生存下来的呢?这就是“淮南生物群”最精彩的地方。

“淮南生物群”并非指某一个单一的物种,而是一系列在这个时期非常繁盛、具有代表性的微生物群落的统称。其中最核心、最引人注目的,就是蓝细菌(Cyanobacteria),也叫做蓝藻。

别小看蓝细菌,它们是这场生命演化大戏的主角。在“淮南生物群”出现之前,地球上可能已经有了些原始的生命形式,但它们大多依赖无氧的代谢方式,能量来源也比较有限。而蓝细菌的厉害之处在于,它们掌握了一种划时代的生存技能——光合作用。而且是那种能释放氧气的产氧光合作用。

它们利用太阳光作为能量,吸收水和二氧化碳,然后释放出氧气。这就像是给地球开启了一个全新的生命工厂。

那么,“淮南生物群”的蓝细菌,具体体现在化石记录上,又有哪些“证据”呢?

首先,就是那些叠层石(Stromatolites)。这玩意儿可不是石头长出来的,而是蓝细菌一群一群“干”出来的工程。蓝细菌形成一层薄膜,然后把海水里的矿物质沉淀上来,或者把泥沙粘起来,过一段时间,它们又会在新的表面繁殖,又形成一层。就这样一层一层,日积月累,就形成了这种层层叠叠、像层糕一样的结构。在成冰纪中期的地层里,发现了大量保存完好的叠层石,这些叠层石的形态非常多样,有圆顶状的、柱状的、层状的,这都反映了当时不同环境下的蓝细菌群落的生长方式。它们就是“淮南生物群”最直观的“建筑师”。

其次,还有一些微体化石(Microfossils)。虽然蓝细菌本身很微小,但它们死后,细胞壁的有机质经过地质作用可以保存下来。科学家们在那个时期的岩石里,能发现一些形态简单、呈球状、杆状或者链状的微小化石,这些都被认为是当时蓝细菌的遗骸。它们不像后来的复杂生物那样有骨骼或者硬壳,但这些微小的“痕迹”却揭示了它们曾经蓬勃发展的证据。

“淮南生物群”的出现和繁盛,带来的影响是革命性的,可以说是改变了整个地球的命运。

最直接的,就是氧气的增加。蓝细菌的光合作用一点点地往大气里释放氧气。虽然一开始氧气很少,大部分会被海水里的铁离子反应掉,形成条带状铁建造(Banded Iron Formations)——你看那些巨厚的、红黄相间的铁矿层,很多就形成于这个时期,是早期海洋里溶解铁被氧化沉淀的产物,这本身就是蓝细菌在干活的证据。

随着时间的推移,海水中的铁被消耗得差不多了,氧气就开始大量进入大气。这就是后来我们常说的“大氧化事件(Great Oxidation Event)”,虽然这个事件更广为人知的是发生在大约24.5亿年前,但其前奏和基础,正是“淮南生物群”的贡献。

氧气的增加,对地球生命来说,是一把双刃剑。对于厌氧生物来说,氧气是有毒的,很多它们因此灭绝或者被迫退到缺氧的环境里。但对于能够适应氧气的生物来说,氧气意味着更高效的能量获取方式——好氧呼吸。这为后来更复杂、更耗能的生命形式(比如真核生物)的出现奠定了基础。

所以,“淮南生物群”不仅仅是那一时期繁盛的微生物,它们是地球从一个富含还原性气体、生命活动受限的星球,向一个富含氧气、生命更加多样的星球转变的关键推动者。它们是地球生命演化历史上不可或缺的一章,没有它们,就没有后来的我们。

总而言之,成冰纪中期的“淮南生物群”,核心就是以蓝细菌为代表的产氧光合微生物的出现和繁盛。它们通过形成叠层石,留下微体化石,并最重要的,通过光合作用释放出大量的氧气,为地球环境的根本性改变和更复杂生命的出现,铺平了道路。它们是那段遥远岁月里,最伟大的“生命工程师”。

网友意见

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1.其中的动物实际上现在认为不是动物,而是与一些藻类相关。淮南生物群的碳质压膜宏体化石实际上都是各种各样的藻类。

2.淮南生物群和蓝田生物群的关系比较远,淮南生物群的年龄应该是8-10亿年,可能在9亿年左右,蓝田生物群的年龄在6亿年左右,中间差了大概3亿年,而且蓝田生物群在扬子板块上,淮南生物群在华北板块上,古地理上来讲它们差的也很远,所以无论是时间上还是空间上,这两者差的都很远。

3.淮南生物群和后来的小壳类也没有联系,淮南生物群根本没有可以称为动物的东西。

现在淮南生物群的研究重点还是碳质压膜宏体化石,当然这些细碎屑岩中也可以泡出丰富的微体有机质壁疑源类化石,这也是另一个研究重点。这两类化石中有一些可以对应到现在的绿藻、蓝藻,但是更多的化石无法对应到现生的类群,一是因为形态保存的过于简单,也没有丰富的结构,二是就是没有现在能对应上的……但是估计绝大多数应该还是和多细胞真核藻类有关(这里面的藻类是广义的包括褐藻之类的,而不是单只原始色素体生物的后代绿藻、红藻和植物),少数微体化石可能会和真菌有关系,但这需要进一步研究。可能会发现其中一些有机质壁微体化石上有原生生物取食的痕迹,比如孔洞。当然淮南生物群的有机质壁微体化石还没有发现相关记录,但是在同时代其他地区的有机质壁化石中发现了这种现象,但是你要知道原生生物不一定是动物。

我不太认为淮南生物群会出现真核多细胞动物,我个人认为动物的多细胞化很可能发生在成冰纪雪球地球全球大冰期时期,在埃迪卡拉纪(距今6.35-5.41亿年)多细胞动物开始隐形演化,到接近寒武纪时期(5.5亿年)开始出现各种各样的遗迹化石和带壳化石,到了寒武纪动物才开始大发展。

当然这是我自己的观点,因为这些蠕虫类生物除了长得像蠕虫有一些环节似的结构以外,并没有更多的能表明它们是动物的结构,而且当时的环境(氧气匮乏,海水底部缺氧,起码在淮南地区是这样)以及沉积物的特征(没有扰动构造,没有遗迹化石)并不支持动物的存在。

现在最早的后生动物化石记录还是蓝田生物群中的一些生物,虽然只是putative animal,假定的,不过学界接受的还是比较多的。

淮南生物群的文献可以看钱迈平写的《华北古陆东南缘新元古代生物群》

最后再强调一下,淮南生物群的时间应该在新元古代早期,属于拉伸纪而不是成冰纪,我个人认为在9亿年之前,还是比较古老的。

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