你有没有想过一个问题:为什么有些远古生物留下了大量化石,有些却几乎什么都没留下?
答案可能不在生物本身,而在那些"吃"它们的东西身上。
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化石记录是有偏见的。像器官这样的软组织极难保存,古生物学家通常只能靠骨头、贝壳、外骨骼这些硬邦邦的东西来拼凑灭绝生命的样貌。但奇怪的是,这件事并不总是如此。
在埃迪卡拉纪晚期(约5.79亿至5.39亿年前),新演化出的复杂生物大多是软乎乎的。按理说,它们应该很难留下化石。可事实恰恰相反——它们留下了大量化石,有时甚至是完整的、外星般的生态系统。
为什么?这一直是个谜。现在,一项发表在《当代生物学》上的新研究可能终于解开了这个案子。
软体生物靠什么撑住自己?
在寒武纪演化出贝壳这类矿化身体部位之前,埃迪卡拉纪的生命靠的是次优选择:胶原蛋白。
胶原蛋白就像塑料,是一种相当结实的聚合物。研究作者、曾任职于剑桥大学的菲利普·维克塞博克瑟在一份声明中解释说:"你需要一种酶来分解生物聚合物,否则它会一直待在那里,直到有什么东西出现、能真正吃掉它。"
那么,胶原蛋白的演化与吃胶原蛋白的微生物的演化之间,是否存在一个时间差,正好解释了埃迪卡拉纪化石的丰富程度?
追踪胶原酶的演化史
为了找到答案,维克塞博克瑟和一个古生物学家团队利用700个细菌基因组追踪了胶原酶的演化历史,并将其与生命之树进行了比较。他们发现,这些酶实际上在动物出现之前就已经存在了。
但关键不在于它们何时演化出来,而在于它们在哪里演化出来。
根据该团队的研究,胶原酶最早出现在生活在无氧环境中的厌氧微生物里。而另一方面,那些长相奇特的埃迪卡拉纪生物生活在含氧海洋中。
当需氧的海洋微生物学会吃胶原蛋白之后,埃迪卡拉纪化石在化石记录中开始逐渐减少。但它们并没有完全消失。
维克塞博克瑟说:"既然胶原蛋白可以被降解了,你就需要更快的化石化过程来跑赢腐烂,这很可能就是为什么我们开始看到化石记录在丰度和质量上——就软组织的保存而言——出现大幅下降。"
植物身上发生过类似的事
类似的事情可能也发生在植物身上。
木质素——构成木材的那种结实聚合物——大约在4亿至3.6亿年前演化出来。对陆生植物来说,这无疑是一项重大创新。而根据一项2012年对真菌基因组的研究,白腐真菌直到2.9亿年前才演化出分解木质素的能力。
换句话说,有7000万到1.1亿年的时间里,死掉的树木就那样待着,没有分解。那它们后来怎么样了?最终被埋了起来,在热量、压力和时间的作用下变成了煤。
塑料会不会走上同一条路?
聚合物很难被分解,但只要有决心,总有办法。
事实上,据维克塞博克瑟说,类似的事情也可能发生在塑料身上。
"当胶原蛋白还不存在时,细菌没有理由去高效地降解它,"维克塞博克瑟说。"但一旦胶原蛋白变得更为丰富,为这些微生物提供了新的食物来源,胶原酶就大量增殖了。也许有一天,微生物会利用类似的酶来分解我们投入环境中的、越来越多的塑料聚合物,但那将是在我们消失很久之后。"
那可能是我们消失后7000万到1.1亿年那么久——不过,一些海洋微生物已经表现出了主动性。
这件事真正有意思的地方
把这几条线索串起来看,你会发现一个反复出现的模式:
- 一种结实的聚合物出现(胶原蛋白、木质素、塑料)
- 能分解它的酶还没跟上,或者还没出现在正确的环境里
- 于是这些东西大量堆积、被埋藏、甚至变成化石或煤
- 等到分解者终于"学会"吃它,堆积就开始减少
埃迪卡拉纪的软体生物之所以能留下那么多化石,可能不是因为它们本身有什么特别之处,而是因为当时还没有足够的微生物知道怎么"吃掉"它们。等到需氧海洋微生物掌握了分解胶原蛋白的能力,化石记录中软组织的保存质量和数量就出现了明显下降。
这并不意味着埃迪卡拉纪化石完全消失了——它们只是变得稀少。而那些留下来的,恰好赶在了微生物"开饭"之前被埋藏和保存了下来。
至于塑料,维克塞博克瑟的推测是:也许有一天微生物会演化出分解它的能力。但那一天,按照木质素的历史节奏来推算,可能远在人类消失之后。而一些海洋微生物,似乎已经开始尝试了。
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