《生态学与进化趋势》：地球历史上最早的动物是什么时候出现的？

（化石网cnfossil.com）据cnBeta：牛津大学领导的一项研究使我们更接近于解开一个自查尔斯-达尔文时代以来就一直困扰着博物学家的古老问题：地球历史上最早的动物是什么时候出现的？这些发现最近发表在《生态学与进化趋势》（Trends in Ecology & Evolution）杂志上。

来自纳米比亚纳马群的埃迪卡拉纪海底重建图，显示了早期动物的多样性。图片来源：牛津大学自然历史博物馆/Mighty Fossils

动物首次出现在化石记录中大约是在 5.74 亿年前。在寒武纪（5.39 亿年前至 4.85 亿年前）的岩石中，动物的出现就像一场突然的"爆炸"，似乎与通常的渐进式进化变化背道而驰。许多科学家（包括达尔文本人）认为，第一批动物实际上早在寒武纪之前就已经进化了，但他们无法解释为什么化石记录中没有它们。

埃迪卡拉纪最早的动物化石候选者 Charnia 的复原图，距今已有 5.74 亿年。图片来源：牛津大学自然历史博物馆/Mighty Fossils

例如，"分子钟"方法认为，动物最早进化于8亿年前的新近纪早期（10亿年前至5.39亿年前）。这种方法利用基因累积变异的速度来确定两个或多个生物物种最后共享一个共同祖先的时间点。但是，虽然新近纪早期的岩石中含有微生物化石，如细菌和原生生物，但却没有发现动物化石。

这给古生物学家带来了一个难题：分子钟方法是否高估了动物最初进化的时间点？还是动物在新近纪早期就已经存在，只是过于柔软和脆弱而无法保存下来？

Dickinsonia是澳大利亚埃迪卡拉生物群（Ediacara Biota）中最古老的动物化石之一。距今 5.6-5.5 亿年。资料来源：Lidya Tarhan

为了研究这个问题，由牛津大学地球科学系的罗斯-安德森（Ross Anderson）博士领导的研究小组对最早的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（Ross Anderson）博士说："据推测，最早的动物没有基于矿物的外壳或骨骼，需要特殊的条件才能成为化石。但是，某些寒武纪泥岩沉积显示了特殊的保存条件，甚至包括柔软脆弱的动物组织。我们推断，如果这些被称为伯吉斯页岩型（Burgess Shale-Type，BST）的保存条件也出现在新近纪岩石中，那么化石的缺乏将表明当时确实没有动物。"

为了研究这个问题，研究小组对来自近 20 个地点的寒武纪泥岩沉积物样本采用了一系列分析技术，将那些保存有 BST 化石的样本与那些只保存有矿物化石（如三叶虫）的样本进行比较。这些方法包括在牛津大学地球科学系和材料系进行的能量色散 X 射线光谱分析和 X 射线衍射分析，以及在英国国家同步加速器钻石光源进行的红外光谱分析。

有 BST 保存但没有动物化石的托尼安遗址之一的图片 挪威斯瓦尔巴群岛 De Geerbukta 的 Svanbergfjellet Formation。资料来源：罗斯-安德森/牛津大学

分析发现，具有特殊BST类型保存的化石特别富含一种名为berthierine的抗菌粘土。含有至少20%贝壳杉碱成分的样本在大约90%的情况下产生了BST化石。

BST 化石的微尺度矿物图谱显示，另一种名为高岭石的抗菌粘土似乎在早期阶段直接与腐烂组织结合，在化石形成过程中形成保护性光环。

安德森博士补充说："这些粘土的存在是预测岩石是否会蕴藏BST化石的主要因素。这表明粘土颗粒起到了抗菌屏障的作用，阻止细菌和其他微生物分解有机物。"

随后，研究人员运用这些技术分析了大量化石丰富的新近纪泥岩矿床样本。分析结果表明，大多数化石不具备保存 BST 所需的成分。不过，位于加拿大努纳武特、俄罗斯西伯利亚和挪威斯瓦尔巴的三个矿床的成分与寒武纪的 BST 岩石几乎完全相同。然而，这三个矿床的样本中没有一个含有动物化石，尽管当时的条件很可能有利于动物化石的保存。

安德森博士补充说："在这些罕见的新近纪早期样本和特殊的寒武纪沉积物中，带有化石的粘土的分布相似，这表明在这两种情况下，粘土都附着在腐烂的组织上，而且在这两个时期都存在有利于保存 BST 的条件。这提供了第一个'缺失证据'，支持了动物在新近纪早期尚未进化的观点，这与某些分子钟的估计相反。"

据研究人员称，这项研究表明，动物起源的最大年龄可能在 7.89 亿年左右：这是斯瓦尔巴群岛地层的最年轻估计年龄。研究小组现在打算寻找有条件保存 BST 的、年龄逐渐变小的新近纪沉积物。这将确认化石记录中缺少动物的岩石的年龄，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，研究粘土与有机物在生物化石保存过程中的相互作用机制。