化石的秘密，这些第一次出现的生命！

千奇百怪，种类繁多！

化石是远古生物为

人类留下的最神奇的宝藏。

（图源@文献[1]）

在漫长的地质时间长河里，

化石以自身的形态和特征，

记录了地球演变和

生物进化的各种真相！

（图源@文献[1]）

（图源@文献[1]）

（图源@Dr. Torsten Scheyer）

（图源@Cana）

（图源@NMNH）

这些最古老的化石

究竟隐藏了什么秘密？

01

最早生命的证据

目前所知的世界上

最古老的岩石位于澳大利亚。

而最古老的化石是

35亿年前的细菌群落叠层石。

古细菌叠层石（图源@Atlas Obscura）

叠层石的结构类似于

今天澳大利亚的一些细菌。

由于细菌一层层生长，

并捕获了矿物质，

叠层石呈现出特有的尖刺图案。

古细菌叠层石（图源@UCMP）

这些古老的细菌群落叠层石

成为地球上生命最早存在的

有力证据之一。但据科学家研究，

地球上生命的痕迹

还可能追溯到更早时期。

澳大利亚的古代细菌（图源@UCMP）

岩石的形态随着外界环境的变化

经常发生改变，或被熔化，

或被粉碎，或者两者均发生。

但其所含的一种被称为锆石的

微小晶体比普通岩石要坚硬得多，

当旧岩石被破坏时，

它们可以并入新岩石中。

天然锆石

科学家们已经鉴定出

41亿年前的锆石中含有微量碳，

而这些碳的化学性质与

生物活动是一致的。

也就是说，如果研究人员可以证实

这些41亿年前的锆石中

含有生命的痕迹，那么人类对

早期地球生命的认识

将会有更重大的突破！

02

第一个脊椎动物

早期脊椎动物的

化石记录十分参差不齐。

最早的脊椎动物几乎没有矿化的骨头，

因此没有太多坚硬的部分

可以形成化石并保存下来。

早期脊椎动物（图源@Nobu Tamura）

仅存的一些软组织化石

往往都是被压扁的小型碎块，

即使是对专业的古生物学家和

地质学家来说，复原也有很大挑战。

但科学家还是从

这些化石中获得了一些成果：

皮卡虫（Pikaia）目前被认为

最有可能是所有脊椎动物的祖先。

皮卡虫化石（图源@SMITHSONIAN INSTITUTION）

海口鱼（Haikouichthys）、

丰娇昆明鱼（Myllokunmingia），

和Metaspriggina，

这些来自5亿多年前的生物，

似乎都是与早期的脊椎动物相接近的生命。

海口鱼化石（图源@文献[2]）

根据这些化石，科学家们开始猜测

最早脊椎动物的模样：

眼睛向前向上，沿着鳍及

身体中线，无颌，身长较短。

丰娇昆明鱼化石（图源@Degan Shu）

03

第一个甲壳类动物

甲壳亚门是由非常大的一组

的节肢动物门形成的，

通常被当作是一个亚门，

包括常见的物种，例如螃蟹，

虾，龙虾，淡水龙虾，

磷虾，和藤壶等等。

甲壳类动物

最早的甲壳类动物化石来自

著名的布尔吉斯页岩

(Burgess Shale)沉积物。

伯吉斯页岩所在的沃尔科特采石场（图源@Mark A. Wilson ）

它代表了距今超过5亿年前的

寒武纪(Cambrian period)

动物多样性的巨大繁荣，

即寒武纪大爆发

(Cambrian explosion)。

寒武纪大爆发

在伯吉斯页岩中的甲壳类动物中，

最著名的是光滑加拿大虫

（Canadaspis），

有成千上万的化石标本存在。

光滑加拿大虫化石（图源@Wilson44691）

许多甲壳类动物有趣的特征

因此被保存下来：

光滑加拿大虫的眼睛

长在主躯干上，

和现代甲壳类动物一样

有坚硬的外壳。

光滑加拿大虫复原（图源@MARIANNE COLLINS）

04

第一个陆生植物

已知陆地上最早的植物出现在

最早的甲壳类动物之后。

它们没有现代植物的茎或根，

看起来更接近苔藓类，

生活在4.72亿年前。

阿根廷的科学家在当地

沉积物中发现了

许多植物孢子化石。

当他们溶解沉积物并恢复它们后，

发现这些孢子代表了

多个属或物种群。

孢子化石

这意味着这些植物在当时

已经经历了进化并形成多样化，

因此它们最早出现在陆地上的时间

可能比这些孢子形成的时间

早1000万到2000万年，甚至更多。

植物演化（图源@Maulucioni）

05

第一条有颌鱼

颌的出现是生物进化过程中

一个重要的里程碑。

最早的有颌鱼类是盾皮鱼

（Placoderms），它们在4.3亿至

3.6亿年前统治着海洋。

盾皮鱼类（图源@Siga ）

它们头部的外侧长着巨大的骨板，

从正面看就像装甲潜艇。

但盔甲只延伸到身体的一部分，

它们的尾巴要么光秃秃的，

要么只有薄薄的鳞片覆盖。

盾皮鱼复原（图源@Nobu Tamura）

科学家通过研究化石发现，

大多数盾皮鱼类的

颌构造都很简单，但有一种除外。

生活在4.19亿年前的

Entelognathus（盾皮鱼类），

进化出一种类似于硬骨鱼及其

所有后代的复杂颌骨结构。

Entelognathus标本（图源@Morosaurus millenii ）

生物学家不确定这是否意味着

Entelognathus是所有硬骨鱼的祖先，

但它似乎是第一个拥有现代面孔的鱼。

盾皮鱼生活环境（图源@Brian Choo ）

06

第一只昆虫

世界上已知最古老的昆虫化石

是来自苏格兰的Rhyniognatha。

Rhyniognatha化石（图源@Rhea Nicole）

Rhyniognatha生活在

4.07亿至3.96亿年前，

根据它结构的特征可以

确定它是一种真正的昆虫。

Rhyniognatha结构复原（图源@文献[3] ）

事实上，它的下颌与

有翼昆虫极其相似，

所以很可能在4亿年前

就已经进化出了飞行能力。

Rhyniognatha结构复原（图源@文献[4] ）

由于目前仅有的

Rhyniognatha化石是部分的，

并没有显示出翅膀。

因此我们不能准确判断它是否会飞，

但却可以推断最早的昆虫

出现于Rhyniognatha进化之前。

Rhyniognatha假想进化（图源@Siga ）

我们知道植物在超过4亿年前的志留纪时期就已经开始在陆地上生长，那么昆虫很可能是这些最早陆地生态系统的一部分。

07

第一个四足动物

四足类是拥有四肢或

附属肢体的脊椎动物。

四足动物的出现，

脊椎动物的登陆称得上

生命进化史上的一次重大事件。

四足动物

许多早期的四足动物外形介于

两栖动物和鱼类之间。

它们都有脊椎骨，也都有盆骨

连接在脊椎上，用来支撑体重，

同样都有胸廓，用来保护心脏和肺。

过去已知最早的四足动物

可以追溯到3.75亿年前，

其中著名的一种名为Elginerpeton。

Elginerpeton复原（图源@Nobu Tamura）

Elginerpeton化石是从

苏格兰史卡特克雷格

（Scat Craig）的泥盆纪晚期

岩石中发现的。

Elginerpeton下颌骨重建（图源@Ahlberg ）

一组有3.95亿年历史的

脚印化石在波兰被发现，

科学家们推测它们是

一种四足动物留下的。

脚印化石（图源@GRZEGORZ NIEDZWIEDZKI）

这种动物可能惊人的大而结实，

身长2.5米。这意味着它已经

经过一段时间的进化，

后来的鱼形四足生物并不是

第一个从海洋中出现的。

（图源@GRZEGORZ NIEDZWIEDZKI）

也就是说，实际最早的四足动物

可能比Elginerpeton出现

还早了几千万年。

（图源@NATURE）

08

第一个爬行动物

最早的爬行动物也是

最早的羊膜动物，

这是一种进化出不需要

将卵产在水中的生物。

这使动物们终于可以割断

与水的联系，完全生活在陆地上。

林蜥化石（图源@Via JOHN SIBBICK ）

到2006年为止，林蜥

（ Hylonomus）是目前所能确认

最早的爬行动物；

西洛仙蜥更为古老，

但应为两栖类；

Casineria也更为古老，

但化石破碎、难以鉴定。

Casineria化石（图源@Xenarachne ）

林蜥生活在3.15亿年前的北美地区。

身长约20公分，

外表相当接近现代蜥蜴。

它拥有锐利的小型牙齿，

应该以早期昆虫为生。

林蜥颅骨重建（图源@Gretarsson）

部分林蜥的化石是发现于

石松树干化石中，被推测

在潮湿的气候后，树木倒塌，

而林蜥可能进入中空树干后，

无法离开而死。

林蜥复原（图源@Nobu Tamura）

09

第一个哺乳动物

迄今为止发现的最早的

胎盘哺乳动物是一种名为

Juramaia的小型鼩鼱。

在一亿六千万年前的侏罗纪时期，

它与恐龙生活在一起。

Juramaia化石及骨架恢复（图源@ Tudor Vieru ）

Juramaia是真兽类哺乳动物，

它与现代胎盘功能齐全的

哺乳动物的关系比其他哺乳动物，

比如鸭嘴兽这样的单孔目动物或

考拉这样的有袋类动物。

Juramaia复原（图源@Mark A. Klingler）

真兽类动物生下活的幼兽，

幼兽在母亲体内成熟，

从胎盘中获取营养。

有袋类动物产仔时间要早得多，

它们把幼崽养在育儿袋里。

而单孔目动物均为卵生。

单孔目动物（图源@Mark A. Klingler）

在Juramaia之前，已知最早的

胎盘哺乳动物化石只有1.25亿年，

而Juramaia出现的时间

要比其早3500万年。

有袋类动物（图源@Mark A. Klingler）

这意味着真兽类哺乳动物和

有袋类动物的分离可能发生在

大约1.65亿年前，比科学家们

曾经预想的要早得多。

这表明哺乳动物在恐龙时代

就已经开始进化和多样化了。

（图源@UTAH GEOLOGICAL SURVEY）

10

第一只鸟类

始祖鸟曾经长期被认为是

最早及最原始的鸟类。

从达尔文时代起，

这种1.45亿年前的生物

就成为了进化的典范。

始祖鸟追赶幼龙的复原（图源@Durbed ）

始祖鸟化石上有

清晰的翅膀羽毛痕迹，

但它也有牙齿和骨尾。

看起来像是恐龙和鸟类之间

完美的过渡形态。

始祖鸟化石（图源@H. Raab）

然而，另一些动物化石的出现

动摇了始祖鸟的地位。

如曙光鸟（Aurornis），

有许多与始祖鸟相同的

过渡性特征，包括翅膀和尾巴。

曙光鸟化石（图源@Pascal Godefroit ）

曙光鸟被认为可能是

迄今已知的恐龙演化成鸟类过程中

重要的基群之一，同时也是

这一阶段所发现最为古老的化石证据，

甚至比大约生活在

1亿年前的始祖鸟来得更早。

曙光鸟比例（图源@Slate Weasel）

严格来说，所有的鸟类都属于恐龙。

因此，想要找到它们开始成为

鸟类的明确分界线几乎是不可能的。

徐氏曙光鸟复原（图源@ Masato Hattori）

对古生物化石的研究尽管困难，

尽管艰辛，但从未停止过。

化石作为地质史最好的记录者，

可以让人们了解更多的生命演化，

重建远古时期的地球，

并对人类未来的发展做出启示！

参考资料：

[1] Sullivan, Corwin & Wang, Yuan & Hone, David & Wang, Y-Q & Xu, Xing & Zhang, Fucheng. (2014). The Vertebrates of the Jurassic Daohugou Biota of Northeastern China. Journal of Vertebrate Paleontology. 34. 10.1080/02724634.2013.787316. 

[2] Feinberg T E , Mallatt J . The evolutionary and genetic origins of consciousness in the Cambrian Period over 500 million years ago[J]. Frontiers in Psychology, 2013, 4(667):667.

[3] Michael S, Engel,David A, Grimaldi.New light shed on the oldest insect.[J].Nature,2004,427(6975):627-30.

[4] Haug, Carolin & Haug, Joachim. (2017). The presumed oldest flying insect: More likely a myriapod. PeerJ. 5. e3402. 10.7717/peerj.3402. 

[5] Lexicon of Canadian Geological Units. 'Burgess Shale'. Archived from the original on 11 January 2013. Retrieved 6 February 2009.

NOAA、GEOCACHING、NMNH、YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等

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