地球上最早的動物，可能被她找到了
在我們的印象中，5億多年前的寒武紀生命大爆發如同動物搖籃——在很短的時間內，動物化石記錄從無到有，並且迅速出現了衆多動物類羣。儘管最近數十年的化石證據發現，動物起源的時間早於寒武紀，但目前最早動物的化石記錄始終沒有早於6.6億年前。
就在今天，一項發表於《自然》雜誌的研究，有可能將這一時間大幅提前——一位加拿大地質學家提出，她找到了8.9億年前的海綿化石。但論文一經發布，爭議也接踵而至……
撰文 | 吳非
上世紀90年代的一天，正在加拿大女王大學讀博的伊麗莎白·特納（Elizabeth Turner）來到了加拿大西北地區的馬更些山脈。她所在的地點是加拿大最爲人煙罕至的地區之一，而她進入這片區域的過程更是費盡周折——由於周圍根本沒有公路，她只能乘坐直升飛機抵達附近，然後徒手向陡峭的山峯攀爬。
這位地質專業的博士生來到這裏的原因在於，這裏保存着大量疊層石。疊層石是藍細菌生命活動的產物：它們產生的黏性物質如同膠水，將海洋中的碎屑顆粒粘合起來，形成層狀的化石記錄——疊層石。目前地球上最古老生命的確鑿證據，就來自澳大利亞的35億年前的疊層石。而特納腳下的這片地區在近10億年前被廣闊的海洋覆蓋，經過之後的抬升作用，綿延的山脈攜帶着包括疊層石在內的海底地質記錄浮出水面，呈現在世人眼前。
在考察現場，受觀測工具的限制，特納能確定的信息很有限。因此，她只能儘可能多地選取代表性的樣本，將它們送到實驗室的顯微鏡下進一步研究。這時特納自己也沒有想到的是，在20多年後，她可能從疊層石這種古老的生命形態裏，找到了全世界最古老的動物。
20多年的等待
從野外回到女王大學地質科學系的實驗室裏之後，特納仔細分析了這些古老的岩石樣本。一系列定年方法已經確定，這些樣本來自大約8.9億年前的新元古代（寒武紀之前的地質年代，10億~5.4億年前）。這時，地球的面貌與今天的相距甚遠——地球的大氣層裏幾乎沒有氧氣，生命形態仍然停留在原始的微生物階段。
但當特納在顯微鏡下觀察這些來自原始階段的岩石薄片時，卻看見了令她感到震驚的圖像。在深色的疊層石中，出現了大量彼此交錯的白色樹枝狀紋路——天文愛好者可能會聯想到宇宙纖維網絡，喫貨可能會想起和牛的雪花紋路，而對特納來說，這些不到毫米尺度的結構令她頭疼卻又興奮。
此後，特納又陸續在一些其他薄片裏看到了這樣的結構。對於博士階段的特納，要解釋這些奇怪的結構實在是有些困難。當她將這些圖像發給其他研究者時，也沒有人能確定它們是如何形成的，又是否與生命存在特定的關聯。於是，特納將這些化石和心中的疑問一同暫時收藏了起來，等待讓謎底揭曉的線索出現。
最終，來自現代海綿的高清顯微鏡圖像給了特納啓發。作爲地球上結構最簡單的多細胞動物，海綿沒有肌肉、沒有神經系統，爲了生存，它們演化出了很多令人詫異的生理特徵——例如，一種由蛋白質組成的柔軟骨骼。
海綿的細胞會分泌一種特殊的蛋白質——海綿硬蛋白（spongin）。這類蛋白質能幫助海綿擁有纖維狀的柔軟骨架，正是這些骨架賦予海綿軀體柔韌性。當這些硬蛋白出現在顯微鏡下時，特納注意到，它們與8.9億年前化石中的樹枝狀結構非常相似。隨着最近幾年，一些更爲年輕的化石中同樣出現了高度相似的結構，並且被解釋爲海綿的硬蛋白遺蹟，特納開始相信，她在上世紀找到了那些化石，就是海綿的硬蛋白。
伴隨着更細緻的觀察、建模以及分析，特納在一篇剛剛發表於《自然》雜誌的論文中呈現了來自8.9億年前的生命故事。值得一提的是，與當今絕大多數依靠團隊合作完成的論文不同的是，這篇最新的論文只有特納一位作者。
在特納的故事中，在曾經的海綿在淺海中度過一生、倒向海牀，被泥沙埋藏之後，一些關鍵的轉變出現了。當海綿的軀體早已消失，它們的硬蛋白在埋藏過程中逐漸被鈣質礦物（例如方解石）替代，最終呈現出中空的管狀結構——而這也正是特納在化石裏看到的形態。
大幅提前
如果特納的推論最終得到證實，人類對於動物起源的認知將被徹底改寫。
關於動物的起源，我們最熟悉的莫過於寒武紀生命大爆發。來自全球各地的化石忠實地記錄下了這段時間海洋裏的鉅變。從5.41億年前開始，海洋中的動物似乎從無到有，突然大量湧現。在短短的2000萬年內，主要的動物類羣紛紛出現。因爲這些化石記錄，在很長一段時間內，寒武紀都被視作動物的起點。
不過最近半個世紀，不斷湧現的化石證據表明，動物爆發的時間可能需要有所提前。在早於寒武紀的埃迪卡拉紀（約6.35億~5.42億年前），多個生物羣中都出現了動物的身影。這些廣泛分佈在全球的化石記錄說明，動物的爆發時間比之前認爲的更早。可以說，這些生物羣的出現爲我們追溯複雜動物的起源提供了全新的窗口。
目前，最古老動物的確鑿證據來自5.71億年前的軟軀體動物化石，這是一種形似巨大樹葉的原始動物。不過，在直接的動物化石之外，一些間接證據將動物的誕生推向更早的年代。2018年，一項發表於《自然·生態學與演化》的研究就在來自阿曼、西伯利亞和印度的岩石中，找到了一種名爲26-甲基豆甾烷的類固醇化合物。它的特別之處在於，在自然界中，已知只有海綿才能合成這種化合物。因此，這些可以追溯到6.6億~6.35億年前的生物標記物可能表明，早在那時就已經有動物在海底生活。
相比之下，特納在最新研究中提出的動物誕生時間，遠遠早於目前的任何直接或間接化石證據。
巨大爭議
如果特納的結論最終得到證實，古生物學家們將面臨另一個更加嚴峻的難題：這些最早的動物，是如何在氧氣含量極低的地球中生存下來的，它們又是如何在隨後度過被冰雪覆蓋的雪球地球的？
當我們回顧地球的演化歷史，會發現地球的絕大多數階段都是不適合動物生存的。其中一個關鍵因素是，大氣層中豐富的氧氣，是直到“近期”才形成的。從最早的光合作用細菌出現開始，地球的氧化過程經歷了數個階段，但直到8億年前，氧氣纔開始在大氣層中積累。在此之前，地球大氣中幾乎沒有氧氣，海洋也處於嚴重缺氧的環境中——按理說，動物無法在這樣的條件下生存。
對於這一點，一些能在缺氧條件下生存的現代海綿或許可以說明，8.9億年前的環境可能是某些海綿能夠忍受的。但即便如此，這些早期動物在隨後還要面臨另一項挑戰。大約7億年前，地球遭遇了地球生命史上最嚴峻的氣候危機。這一次不是變暖，而是覆蓋全球的雪球地球。在近1億年的時間內，整個地球可能被上千米厚的冰層覆蓋，在這樣的情況下，海水中的動物又是如何克服如此極端的生存條件的？
對於古生物學家而言，這一系列問題值得他們去進一步思索——當然，這一切的前提是，特納的結論是正確的。特納找到的化石，真的是史前動物的傑作嗎？至少目前看來，這項研究一經發布，就引起了很大的爭議，並且這樣的爭議或許會長期延續下去。
目前爭議的焦點在於，這些形態化石究竟代表了什麼？是海綿，還是其他更簡單的生命？或者說，這一定是生物締造的結構嗎？
儘管在這項研究中，特納聲稱當時的微生物均無法產生類似的複雜形態，但在不少古生物學家看來，這項發現遠遠不足以與“動物”畫上等號，因爲一些其他形態的生物（微生物）也能產生這樣的樹枝狀結構。甚至有人認爲，即使不需要生物作用，礦物自身也能長出類似的形態。
顯然，無論目前的觀點如何，衆多研究者都認爲，形態學證據本身還太過單薄。遺憾的是，由於保存條件不利，這些樣本里沒能保留生物標記物的證據。或許，在下一個8.9億年前或者更早的動物化石證據出現之前，關於特納以及這些“最早動物”的爭論仍將延續下去……
原始論文：
Possible poriferan body fossils in early Neoproterozoic microbial reefs
https：//doi.org/10.1038/s41586-021-03773-z
本文轉自環球科學
