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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。
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]。
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。
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。
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。
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：
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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
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]
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
几种常见的狄更逊水母背部轮廓图。图片来源：Aleksey Nagovitsyn |Wikimedia
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]
