加州大学圣巴巴拉分校和麦吉尔大学的一项突破性研究表明，包括植物、动物和真菌在内的真核生物在16.4亿年前就已经多样化和复杂了，这挑战了之前关于它们进化的假设。这项基于新发现的微化石的研究表明，真核生物的多样化发生的时间比以前认为的要早得多，环境条件也更广泛，为了解地球上复杂生命的起源和发展提供了新的见解。一个柔和的夏夜，在古元古代，正如DALL-E设想的那样。图片来源:DALL-E，由Harrison Tasoff提示

　　太阳刚刚落在澳大利亚北领地一片宁静的泥滩上;再过19个小时又会下雪。一轮年轻的月亮在荒凉的大地上隐约出现。没有动物在渐弱的光线中奔跑。没有树叶在微风中沙沙作响。裸露的岩石上没有地衣。唯一的生命迹象是一些水坑和池塘里的浮渣。其中生活着我们远古祖先的多种微生物群落。

　　加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)和麦吉尔大学(McGill University)的研究人员对保存完好的微化石进行了新的研究，他们发现，早在16.4亿年前，真核生物就已经进化出了多种多样的形式。这篇发表在《古生物学论文》(Papers in Paleontology)杂志上的论文，叙述了一组真核生物化石，这些化石来自该群体进化史早期的一个时代。作者描述了四个新的分类群，以及在这些早期真核生物中已经存在的几个高级特征的证据。

　　“这些是迄今为止发现的最古老的真核生物之一，”UCSB地球科学系助理研究员、首席作者Leigh Anne Riedman解释说。“然而，即使在这些最初的记录中，我们也看到了很多多样性。”

　　真核生物构成了生命的主要领域之一，包括植物、动物和真菌分支，以及所有其他具有膜结合细胞核的细胞群，如原生生物和海藻。许多科学家认为，在古元古代晚期，早期的真核生物都相当相似，而这种多样化发生在大约8亿年前。但是，Riedman和她的合著者在岩石中发现了一种令人高兴的多样化和复杂的化石，这些化石的年龄几乎是岩石的两倍。

　　实地调查及调查结果

　　科学家们从之前的研究中知道真核生物在这个时候已经进化了，但是他们对这个时代的多样性知之甚少。因此，里德曼在2019年底前往澳大利亚内陆。在一周内，她从一家勘探公司钻探的8个岩心中收集了大约430个样本;它们现在保存在北领地地质调查局的图书馆里。这项研究使用的两个岩心跨越了大约500米的地层学，即1.33亿年，其中大约有1500万年的重要沉积。

　　Riedman带着页岩和泥岩回到了美国，这是一个古老的沿海生态系统的遗迹，在浅层潮下泥滩和沿海泻湖之间交替存在。在氢氟酸中浸泡溶解了基质岩石，浓缩了珍贵的微化石，然后她在显微镜下分析。

　　Riedman说:“我们希望找到细胞壁具有有趣和不同特征的物种。”她希望这些特征能够揭示在这段时间内细胞内发生了什么。然而，要得出关于细胞内部的任何结论都需要大量的调查，因为化石只保存了细胞的外部。

　　研究人员对这些化石中保存的多样性和复杂性感到惊讶。他们记录了26个分类群，包括10个以前未被描述的物种。研究小组发现了细胞骨架的间接证据，以及板状结构，这些证据表明，在形成板状结构的内部囊泡的存在——可能是高尔基体的祖先，存在于现代真核细胞中。其他微生物的细胞壁由结合的纤维构成，同样暗示了复杂细胞骨架的存在。

　　作者还发现了带有微小活板门的细胞，这是一定程度的复杂程度的证据。一些微生物可以形成囊肿，等待不利的环境条件。为了浮出水面，它们需要能够在它们的保护壳上蚀刻一个开口。做这扇门是一个特殊的过程。“如果你要生产一种能溶解细胞壁的酶，你需要非常小心如何使用这种酶，”Riedman说。“因此，在真核生物最早的记录之一中，我们看到了一些相当令人印象深刻的复杂性。”

　　该领域的许多人认为这种能力是后来才出现的，而这个组合中的证据进一步强调了真核生物的多样性和先进程度，甚至在这个早期节点。“人们一直认为这是真核生物出现的时候。现在我们认为人们只是没有探索更古老的岩石，”合著者苏珊娜·波特说，她是加州大学圣巴巴拉分校的地球科学教授。

　　研究的意义

　　这篇论文是研究早期真核生物进化的一个更大项目的一部分。Riedman和Porter想知道早期真核生物是在什么样的环境中多样化的，它们为什么会在那里，什么时候迁移到其他地方，以及它们需要什么样的适应才能填补这些新的生态位。

　　这项工作的很大一部分涉及了解真核生物的不同特征是何时首次出现的。例如，作者非常有兴趣了解这些生物是适应含氧环境还是缺氧环境。前者表明它们有有氧代谢，可能还有线粒体。每一个被发现的现代真核生物都来自拥有线粒体的祖先。这表明真核生物很早就获得了细胞器，并且它提供了一个显著的优势。

　　里德曼和波特目前正在研究真核生物随时间变化的多样性。他们还从西澳大利亚州和明尼苏达州收集了更古老的样本。与此同时，他们在麦吉尔大学的地球化学家合作者正在带头研究氧气水平和真核生物的首选栖息地，这些方面可能会揭示它们的进化。

　　“这些结果是寻找更古老的物质，更古老的真核生物的指示，因为这显然不是地球上真核生物的开始，”里德曼说。

　　参考文献:Leigh Anne Riedman, Susannah M. Porter, Maxwell A. Lechte, Angelo dos Santos和Galen P. Halverson, 2023年12月25日，《古生物学论文》，“澳大利亚北部Birrindudu盆地晚古元古代Limbunya群的早期真核微化石”。DOI: 10.1002 / spp2.1538