北京
如果讓你想象 14 億年前的地球，你會看到怎樣的生命圖景？可能是漂浮在原始海洋中的微小生物，隨著波浪輕輕搖曳，就像今天的浮游生物，靠捕獲陽光和溶解在水中的氧氣過活。過去二十多年里，這的確是大多數(shù)古生物學(xué)家描繪早期真核生物的標(biāo)準(zhǔn)畫像。但一項(xiàng)剛剛發(fā)表在《自然》上的研究，卻用一整套來自澳大利亞古老海底的證據(jù)，向這個標(biāo)準(zhǔn)畫像提出了尖銳的質(zhì)疑。我們的早期真核生物祖先，可能壓根兒就不是一群瀟灑的漂流者，而是一直安穩(wěn)地趴在、甚至鉆在海床的泥里過日子。這一個看似只關(guān)乎“住在哪兒”的小問題，卻直接串聯(lián)著真核生命演化史上的幾個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：它們什么時候獲得了線粒體？出現(xiàn)了有氧呼吸？又是什么時候才終于離開海底、游進(jìn)廣闊水體的？
要講清楚這個曲折的故事，我們得先從最基礎(chǔ)的生物學(xué)概念說起。每一個池塘里的水綿、每一片菜葉上的霉菌、每一只奔跑的羚羊，包括正在閱讀這段話的你，都屬于同一個大范疇——真核生物。它們和細(xì)菌那樣的原核生物最大的不同，就在于擁有一個用膜精心包裹起來的細(xì)胞核，里面整整齊齊地收納著基因。更關(guān)鍵的是，大多數(shù)真核細(xì)胞里還有一座座忙碌的“能量工廠”，也就是線粒體。靠著這些微小的細(xì)胞器，細(xì)胞可以高效使用氧氣把有機(jī)物質(zhì)徹底拆解，釋放出支撐復(fù)雜生命活動的能量。而沒有線粒體的生物，往往只能在無氧環(huán)境中，靠效率低得多的無氧呼吸勉強(qiáng)維持。
真核生物的出現(xiàn)，被視作地球生命史上最重大的轉(zhuǎn)折之一。從最早的單細(xì)胞真核微生物開始，幾十億年里它們不斷分化、協(xié)作，最終組裝出了我們能看見的一切多細(xì)胞動植物。所以古生物學(xué)家一直試圖回答兩個核心問題：第一個是“最早的典型真核生物到底長什么樣”，第二個是“它們在哪兒生活，又是如何獲得能量的”。在 21 世紀(jì)初，科學(xué)界對后一個問題的答案相當(dāng)一致：那些微體化石看起來太像現(xiàn)代海洋中的浮游生物了，于是大家很自然地推定，它們應(yīng)該就生活在海水柱里，以氧氣為生，靠線粒體進(jìn)行有氧呼吸。
但這個看似自洽的推論其實(shí)埋著幾個脆弱的邏輯扣。來自加州大學(xué)圣巴巴拉分校的古生物學(xué)家 Leigh Anne Riedman，也就是這項(xiàng)新研究的共同第一作者，用一句話點(diǎn)破了問題的要害：“我們發(fā)現(xiàn)，迄今看到的最古老的真核生物，已經(jīng)以某種方式需要氧氣了。”既然需要氧氣，那它們呼吸氧氣的方式是什么？有沒有線粒體？更值得追問的是——它們到底生活在一個怎樣的氧氣環(huán)境中？是像今天開闊海面那樣氧氣富足，還是處在某個暗流涌動、氧氣時有時無的局部微環(huán)境里？這些追問，恰好構(gòu)成了這項(xiàng)研究真正的起點(diǎn)。
問題的答案，很可能藏在澳大利亞北領(lǐng)地的兩個古老沉積盆地：麥克阿瑟盆地和比林杜杜盆地里。今天走在這片區(qū)域，你看到的是廣袤的內(nèi)陸荒漠、桉樹林和卡卡杜國家公園里如鏡的潟湖。但把時鐘回?fù)艿?17.5 億至 14 億年前，這里完全不是這副模樣。那時的北領(lǐng)地是一片巨大的淺內(nèi)陸海，分布著潟湖、近岸泥質(zhì)淺灘和延展向遠(yuǎn)方的平靜海岸。細(xì)粒的沉積物年復(fù)一年地沉降，把生活在這里的微生物連同周圍環(huán)境的化學(xué)信號一起細(xì)細(xì)埋存下來。也正因?yàn)槿绱耍@片地層成為了保存著“最古老、同時被學(xué)界廣泛認(rèn)可的真核生物化石”的關(guān)鍵地點(diǎn)。
過去的研究者從這些巖石中提取出了大量微體真核化石
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