新研究揭示了动物的进化

牛津大学领导的一项研究使我们距离解开自查尔斯·达尔文以来一直困扰博物学家的一个谜团又近了一步：动物何时首次出现在地球历史上?这项名为“化石化过程和我们对动物古代的解读”的研究已发表在《生态与进化趋势》上。

化石记录中首次出现动物是在大约5.74亿年前。它们的到来表现为寒武纪(5.39亿年前至4.85亿年前)岩石中的突然“爆炸”，并且似乎与典型的渐进式进化变化相反。许多科学家(包括达尔文本人)相信，最早的动物实际上早在寒武纪之前就已进化，但他们无法解释为什么它们从化石记录中消失了。

例如，“分子钟”方法表明，动物在8亿年前，即新元古代早期(10亿年前至5.39亿年前)首次进化。这种方法利用基因累积突变的速率来确定两个或多个生物物种最后共享共同祖先的时间点。但是，尽管新元古代早期的岩石含有细菌和原生生物等微生物化石，但尚未发现动物化石。

这给古生物学家带来了一个困境：分子钟方法是否高估了动物最初进化的时间点?或者是否有动物存在于新元古代早期，但过于柔软脆弱而无法保存?

为了调查这一问题，由牛津大学地球科学系罗斯·安德森博士领导的研究小组对预计捕获最早动物化石的保存条件进行了迄今为止最彻底的评估。

主要作者罗斯·安德森博士说：“最早的动物可能缺乏基于矿物的壳或骨骼，并且需要特殊的条件才能形成化石。但某些寒武纪泥岩沉积物表现出特殊的保存，即使是柔软而脆弱的动物组织。我们推断如果这些被称为伯吉斯页岩型(BST)保存的条件也出现在新元古代岩石中，那么化石的缺乏就表明当时确实没有动物。”

为了研究这一问题，研究小组对来自近20个地点的寒武纪泥岩沉积物样本使用了一系列分析技术，将含有BST化石的样本与仅保存矿物遗迹(如三叶虫)的样本进行比较。这些方法包括牛津大学地球科学与材料系进行的能量色散X射线光谱和X射线衍射，以及英国国家同步加速器钻石光源进行的红外光谱分析。

分析发现，具有特殊BST类型保存的化石特别富含一种称为Berthierine的抗菌粘土。含有至少20%Berthierine的样品在大约90%的情况下产生了BST化石。

BST化石的微尺度矿物测绘表明，另一种抗菌粘土(称为高岭石)似乎在早期直接与腐烂的组织结合，在石化过程中形成保护性光环。

安德森博士说：“这些粘土的存在是岩石是否含有BST化石的主要预测因素。”“这表明粘土颗粒充当抗菌屏障，防止细菌和其他微生物分解有机材料。”

研究人员随后应用这些技术分析了许多富含化石的新元古代泥岩矿床的样本。分析表明，大多数不具备保存BST所需的成分。然而，位于努勒维特(加拿大)、西伯利亚(俄罗斯)和斯瓦尔巴群岛(挪威)的三个矿床的成分与寒武纪的BST岩石几乎相同。然而，这三个矿床的样本均不含动物化石，尽管条件可能有利于它们的保存。

安德森博士补充说：“这些稀有的早期新元古代样本中的粘土与化石的分布以及特殊的寒武纪沉积物的相似性表明，在这两种情况下，粘土都附着在腐烂的组织上，并且在这两种情况下都存在有利于BST保存的条件。这提供了第一个‘不存在的证据’，并支持了动物在新元古代早期尚未进化的观点，这与一些分子钟的估计相反。”

研究人员称，该研究表明动物起源的最大年龄可能约为7.89亿年：斯瓦尔巴群岛地层的最年轻估计年龄。该小组现在打算寻找具有BST保存条件的、逐渐年轻的新元古代矿床。这将确认化石记录中缺少动物的岩石年龄，因为它们确实不存在，而不是因为条件不允许它们变成化石。他们还打算进行实验室实验来研究BST保存中粘土-有机相互作用的机制。

安德森博士补充说：“在微观尺度上绘制这些岩石的成分图，使我们能够以一种我们以前从未做过的方式了解特殊化石记录的性质。最终，这可能有助于确定化石记录如何可能偏向于保护某些物种和组织，改变我们对不同地质时代生物多样性的看法。