探秘地球最早的动物世界,到埃迪卡拉纪看看

2020年09月27日
近日,科研团队在我国湖北三峡地区的石板滩生物群中,发现4种形似树叶的远古生物。与真正长在树枝上的叶子不同,这些“树叶”实际上是形态奇特的早期动物,它们生活在远古海洋底部。
该团队副研究员庞科表示,直到今天,人们对形成这些化石的生物属性仍然所知不多。“它们的生存年代,比著名的‘寒武纪生命大爆发’还早。解开这些远古海底‘树叶’的谜团,可能会为人类探索早期生命演化提供重要线索。”
我们从课本中学过生命起源于海洋,那么,地球上最早的动物出现在什么时候?又长着什么模样呢?
目前发现的最早的动物化石记录,是在6.35亿~5.41亿年前的埃迪卡拉纪。科学家由此推测,动物最早的祖先可能出现在7.2亿~6.35亿年前的成冰纪。在起源后,动物经历了一系列重要的演化过程,并最终在寒武纪早期发生动物门类大爆发,占领了从浅海到深海的广阔生态空间。让我们一起到埃迪卡拉纪去看看吧!
探秘地球最早的动物世界
“隐形”的动物世界
成冰纪,顾名思义就是冰河世纪。那时地球表面气温极低,从两极到赤道全部被冰雪覆盖,整个地球变成一个“大雪球”,因此也被称为“雪球地球”。
科学家们推测,早期动物在成冰纪很可能经历了一个“隐形”的演化阶段。受到当时地球大气含氧量低、低温冰冻等环境的限制,早期动物祖先们体型微小、分布有限,加之没有硬体骨骼,不容易保存为化石,因此它们在化石记录中就如同“隐形”了一般
随着全球气温上升,冰雪融化,“雪球地球”在埃迪卡拉纪早期结束。蓝藻光合作用产生了大量氧气,使地球大气和海洋中的氧含量上升,此时的地球浅海环境对动物生存变得“友好”起来。“隐形”的微体动物在这个时期开始第一次“长大”—成为肉眼可见的复杂多细胞宏体动物,并在埃迪卡拉纪时期逐渐演化出多种复杂生态群落。当然,这其中也不乏“失败”的演化实验。
蓝田生物群:
最古老的宏体多细胞生物群
在现今生物圈中,包括人类在内的所有肉眼可见的生命,几乎都是宏体多细胞真核生物。2011年,中国科学家在安徽休宁发现了距今约6亿年的蓝田生物群,并认为其可能是最古老的复杂宏体多细胞生物群。
科研人员在蓝田生物群产出地点发掘化石
蓝田生物群中不仅包含了扇状、丛状生长的海藻,还有具触手和类似肠道特征的动物化石。它们以碳质压膜的形式保存在页岩上,虽然只有几厘米大小,却具有较复杂的形态分异和解剖学结构,类似于现代的腔肠动物或海绵动物。科学家推测它们营底栖固着生活 ,并可能进行有性繁殖,这有助于增加后代遗传物质的多样性,进一步导致形态的复杂化和多样化。
蓝田生物群中可能的动物化石,与刺胞动物
(如水螅)非常类似
瓮安生物群:
最早的动物胚胎及动物化石
瓮安生物群主要产于贵州瓮安的埃迪卡拉纪含磷地层,以磷酸盐化方式保存了多种类型的微体真核生物化石。1998年,科学家们从中发现了动物胚胎和微体后生动物化石,为早期动物的辐射演化提供了关键的化石证据。
这里的动物胚胎化石保存非常精美,甚至保存了受精卵的细胞分裂过程:一个细胞分裂成两个,两个变四个,四个变八个……从这些胚胎化石中,科学家们发现了至少6种不同的卵裂方式,其中也包括两侧对称动物特有的胚胎发育模式
埃迪卡拉生物群:
一场“失败”的演化实验
埃迪卡拉生物群首先发现于澳大利亚埃迪卡拉纪砂岩地层。这类化石以印痕的形式保存了生物的外形轮廓,有的像圆盘状的水母,有的像扁平状的大树叶,有的像椭圆形的盾牌……它们大多都是几厘米的生物,但最大的也可达1米。这些化石虽然形态多样,但由于分不清组织结构,看不到运动器官和消化器官,很难明确它们具体属于哪类动物。
到了埃迪卡拉纪末期,这些类型的化石突然全部消失。由于它们的生物结构与其后的寒武纪生物群有着明显的不同,因此科学家们推测,埃迪卡拉生物群可能走入了一个演化的盲端,没有留下任何后代。
梅树村小壳动物群:
动物骨骼矿化的大爆发
从化石证据来看,动物的首次矿化发生在埃迪卡拉纪末期,时间不早于5.5亿年前。其中以全球广布的典型弱矿化管状化石—克劳德管为典型代表。这些动物最早利用钙化的“骨骼”作为自己的硬壳,来保护软躯体,进行防御掠食,应对恶劣的生存环境。
到了寒武纪早期,一部分动物发生了快速的骨骼化。产于云南晋宁5.4亿年前寒武纪早期地层中的梅树村小壳动物群,以磷酸盐化的形式保存了大量以毫米计的小壳体,如软舌螺、环节动物、软体动物、腕足类等,揭示出动物在寒武纪早期发生了快速的生物骨骼化过程。在这段地层中,动物活动留下的遗迹化石的尺寸和丰度大大增加,记录了该时期动物生态多样性的变化。
梅树村生物群中的小壳化石
澄江生物群:
揭秘寒武纪生命大爆发
1984年发现于云南澄江的澄江生物群,保存了大量精美的软躯体动物化石,有史以来第一次生动地再现了距今5.2亿年前地球上海洋动物世界的真实面貌。由于澄江生物群代表了寒武纪大爆发的高潮,具有当之无愧的核心地位,因此被誉为20世纪最惊人的发现之一,并于2012年入选世界自然遗产名录。
澄江生物群中的奇虾化石——最长可能超过2米,是寒武纪海洋中的霸主
澄江生物群中保存了包括脊索动物在内的大多数现生动物门类的化石记录。其中,既有远古海洋的霸主—奇虾,也有脊椎动物历史的起点—云南虫,许多化石代表了重要演化事件的中间类群,填补了相关动物类群早期演化历史的空缺。澄江生物群的发现,充分展示了寒武纪大爆发的规模和影响,以及由此产生的生物多样性和复杂生态系统。
奇虾生态复原图(绘图/杨定华)
至此,地球上的各门类动物进入了各自宏伟的演化序列,并在之后5亿多年的历史中,通过化石得以被持续和相对完整地记录下来。
根据百余年来的研究进展,特别是近年来中国的化石发现和研究,我们可以说,“寒武纪大爆发”是客观存在的生物演化事件,然而,寒武纪各门类动物的“根”,已经深深扎入了更古老的地质历史中。
来源:知识就是力量公众号