地球上最早的动物

亚历克斯·刘解释了化石记录告诉我们地球上最早的动物是如何从细菌进化而来的……
2014年5月6日

采访

Alex Liu,剑桥大学

Alex,跟我们说说你的工作和生活是怎么开始的吧。我们为什么要研究这个?

亚历克斯:嗯,就生命开始的时间而言,我们看到的是大约38亿年前。所以,地球大约在46亿年前,在近10亿年的时间里,地球上没有任何生命的化石记录。但在3.8岁左右,我们得到了细胞化石的第一个证据。所以,看起来像现代细菌的东西。似乎在接下来的30亿年里,我们找不到任何比细菌大小的生物更大的化石。慢慢地,它们变得更复杂了,但总的来说,什么都没有。只有在我特别关注的5亿到6亿年前的时期,我们才看到了第一批大型化石——那些你不用显微镜就能看到的东西。最早的生物群被称为埃迪卡拉生物群,因为它们来自埃迪卡拉时期,这个时期最近被命名为侏罗纪,也就是白垩纪。非常相似。

你说“生命是在大约10亿年后开始的”,但实际上并没有任何化石记录。我们怎么知道生命是在39亿或40亿年前开始的?

亚历克斯:嗯,它本来可以更早开始的,只是我们没有看到它的记录。我们说它开始于3.8年左右,因为那是我们看到这些细菌细胞的第一批化石的时间。

克里斯:嗯,你可以看到细菌化石。

亚历克斯:是的。

克里斯-他们长什么样子?我的意思是,很明显,可能是细菌,但它们到底长什么样子呢?你在哪里找到的?

亚历克斯:最古老的在格陵兰岛和西澳大利亚。两种主要形式要么是像排水管一样的小棒状东西,但在非常微观的尺度上,要么是球形的球体。

克里斯:我们怎么知道它们是微生物而不是岩层呢?

亚历克斯:我们研究这个问题的方法是研究它们的化学成分以及它们周围岩石的化学成分。所以,一个真正的细胞,比如说,是由碳构成的或者至少里面有一些碳,生物碳有一个非常明显的特征,我们可以看到它与任何非生物形成的碳都有很大的不同。因此,如果我们观察组成这些化石的碳的化学成分,我们就能确定它们是否真的是生物。

Chris -有问题就来找你。你叫什么名字?

Liz -我叫Liz,来自朗斯坦顿。我的问题是,你一定是有意去寻找这么小的化石的,因为你不可能偶然发现它们。那么,人们会到处找吗?他们为什么要去西澳大利亚或格陵兰岛找呢?

亚历克斯:世界上只有某些地方的岩石类型具有特定的年龄。一般来说,岩石越古老,它们经受的压力和温度就越大。因此,你可能在它们身上看到的原始化石以及你可能从它们身上得到的化学特征,随着时间的推移,它们变得越来越不可靠。所以,当我们寻找大约38亿年前的岩石时,我们在地球上找到的大多数岩石要么被埋在其他岩石下面,要么是火成岩,要么是变质岩,所以它们不是合适的环境,它们不是生物最初可能生活的地方。所以,我们需要非常具体的沉积岩,比如沙子和泥岩,以及类似的东西。我们还需要它们没有被压碎或加热,以至于所有的化石都消失了。世界上很少有地方会发生这种情况,这就是为什么人们会关注格陵兰岛北部。他们会专门去那些地区寻找化石的证据。

克里斯-还有问题吗?

尼尔-你好。我是来自剑桥的尼尔。所以,当你找到这些东西时,你怎么知道它们的年龄呢?

亚历克斯:在岩石序列中,岩石都是由不同类型的矿物组成的,有一种特殊的矿物叫做锆石,它在岩石中所占的比例不是很大,但它们非常非常有用,因为它们通常是在火山中形成的。当火山爆发时,这些锆石沉积在火山灰中。但是当它们结晶并从液态变为固态时,它们会捕获各种元素。因此,铀是一种经常被困住的物质。但铀有多种衰变状态或同位素。所以,我们知道它们的衰变速度,所以,每一个锆石就像一个小时钟。如果我们能测量这些锆石中铀的含量与铅的含量的对比,铅是铀衰变的产物,我们就能确切地知道这个比例发生需要多长时间,我们就能测量化石周围许多不同的锆石,并比较它们的年龄。我们应该得到一个非常确定的岩石年代。

克里斯:那么,你如何把这些微小的微生物变成巨大的生命,然后你面前就有了美丽的例子?给我们讲讲这些。

Charnia

亚历克斯:正如我所说的,在大约30亿年的时间里,除了这些细菌形式,我们没有看到太多其他的东西。突然之间,大约7亿年前,你得到了第一个证据,表明物体变得稍微大了一些。关于为什么会发生这种情况,有很多不同的观点——氧气水平的上升是一个重要的观点。还有各种各样的冰川事件可能使整个星球被冰覆盖了数千万年,大约在这个时候,它们可能在为大型生物的生存做好准备方面发挥了作用,使地球更适合它们生存。因此,这些生物,非常迅速地分化成许多不同的形式。但它们非常不寻常,虽然我们可以断定它们可能是复杂的有机体,但我们不能肯定地说它们是动物,因为它们看起来一点也不像我们所知道的任何现代动物。我这里有一些。很多化石看起来像叶子或蕨类植物的叶子。这是来自查恩伍德森林的莱斯特郡的一个如果你们中有人熟悉的话它被称为查尼亚。这是最早的大型化石之一,最早从这个时代的岩石中发现的大型化石,其次,在地球上任何时候都存在过。

克里斯:你怎么知道它是动物而不是植物?

亚历克斯-我们不知道。也就是说,我研究的主要重点是试图找出这些生物到底是什么。可能是真菌造成的。他们可能是动物。它们可能不是植物,只是因为我们发现它们的环境。所以,这些都是在海洋岩石中发现的,海洋沉积物是在海底大约一公里深的地方发现的。重要的是,光无法穿透海洋那么深。所以它们不可能像现代植物那样进行光合作用。

克里斯-凯特……

凯特:我在Facebook上有一个与此相关的问题,乔问:“研究那些你永远见不到的生物会让你感到沮丧吗?”

Alex:稍微来说,这确实意味着你永远无法知道你的想法是否完全正确。但这也意味着没有人能轻易证明你是错的。这确实有帮助。

克里斯-你叫什么名字?

梅卢卡,梅卢卡,我来自剑桥。我的问题是,对于你发现的微生物,它们大概有多大——它们很小吗,或者你能用肉眼看到它们吗?

它们的大小和我们今天看到的微生物一样吗?还是它们在历史上要小得多?它们是如何联系在一起的?

亚历克斯:它们和我们今天发现的微生物差不多。如果你想到一毫米,典型的细菌细胞,你看到的是一毫米的百分之一到千分之一。所以,你无法用肉眼看到它们。你需要一个显微镜。幸运的是,大学里有很多显微镜,他们说,如果我们以正确的方式准备显微镜,对我们来说研究它们非常非常容易。

克里斯-从千分之一毫米的物体到你们面前这些和你的手差不多大的标本之间有很大的差距。你觉得这是怎么发生的?

亚历克斯:这是古生物学中最大的问题之一,很难解决。这是有机体从单细胞到多细胞的转变,并聚集在一起,不仅是为了作为一个群体生存,而且实际上开始分化所有的组织来发挥特定的作用。所以有些细胞会开始进食,有些细胞只会呼吸,这是一个非常复杂的生物学问题。实际上是生物学家而不是古生物学家在研究这个问题,因为我们无法从化石记录中找到的化石中看到这么大的变化。生物学家是唯一能够真正研究这些过程是如何发生的人。

妮可-我叫妮可,来自朗斯坦顿。我的问题是,你知道这些生物活了多久吗?

亚历克斯:我们知道它们作为一个物种存在了数百万年,但是对于每一个个体,我们根本不知道。我看到的一些埃迪卡拉纪化石,它们被保存在火山灰下面。所以,我们确切地知道他们死后的样子,因为那里几乎就像庞贝古城。一次大的火山喷发完全窒息了海底的许多生物。所以,我们得到了这个群落的复制品,我们可以看到整个海底是什么样子的,以及上面所有的生物。但我们不知道这些个体的年龄。

克里斯-还有问题吗?

阿鲁申-你好。我叫阿鲁沙,来自剑桥。我的问题是,你的研究很吸引人。它有用吗?

克里斯-是的。所以纳税人会说:“看!我要为此付出代价。”

亚历克斯:是的。首先,这是一个基于好奇心的项目——我必须承认——就人类而言,我们都想知道我们来自哪里。一些人在宗教场所寻找可能发生的事情的指导。作为一名科学家,我在寻找我们是如何进化的以及生命是如何进化的。我关注的关键问题是一些更基本的问题,这些问题可以解释我们周围星球的多样性。但你是对的。说到底,这只是一个好奇心驱动的问题。我们所做的对社会有帮助的一件事是,我们研究这些化石所需要的技术正在推动科学的发展。机器和设备通常是在科学实验室开发的,看着这些问题,然后外包给公司,变成对医疗行业有益的设备,甚至最终在你自己的家里。所以,间接地,科学作为一个整体,它不仅仅是好奇心驱动的。 Often, that's what gets us started on some of the questions, but it can lead to a very useful societal impacts.

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