地球上的第一個復雜生命，為什么會出現在海洋里？

地球上有哪些超出常人想象的自然現象？

圖片：NeuPaddy / CC0

地球上有哪些超出常人想象的天然現象？

返樸，科學新媒體

讓人驚奇的是，地球上的第一個復雜生命體呈現在海洋中！這是為什么呢？

作者：祝葉華

地球上第一種動物

137 億年前，宇宙大爆炸，一切從無到有。47 億年前地球形當作，早期地球如炙熱的煉獄，不竭受到天外來客的襲擊，跟著襲擊次數的削減，地球逐冷卻下來并起頭下雨，原始海洋形當作了。生命發源的深海熱液噴口假說認為，地球形當作伊始，陸地情況過分惡劣，所以生命最初發源于深海。而對于生命進化中很是主要的節點——復雜生命形式是否仍然是在深海中最先形當作的？——科學家一向沒有搞懂。斯坦福大學的研究人員試圖回覆這一問題。他們在比來頒發的研究中指出，深海是早期地球上溫度獨一不變的處所。深海為復雜生物供給了一個不變的、維持生命的出亡所，讓這些蓬勃成長的生命形式可以或許充實操縱有限的氧氣供給，使其免受淺灘溫度猛烈波動的影響【1-2】。

生命的發源與進化

摸索遠古期間的生命外形，可以知道從地球上最早生命形式的呈現，到其邁出懵懂的第一步，動物是若何進化出矯捷自如的身體、犀利活絡的眼睛以及尖銳鋒利的牙齒，也可以弄大白遠古的生物是若何演釀成我們所熟知的現代生物，當然也包羅你我在內的人類。宿世界各地的科學家研究生命發源的汗青可以追溯到有記錄的年月。今朝科學家們還在不竭的研究和摸索生命的發源之謎，在這個過程中，幾種本家兒要的假說被提出。

原始湯假說：“原始湯”嘗試展示了若何在模擬早期地球情況的嘗試室情況中，僅用少量無機“當作分”就能締造出諸如氨基酸之類的生命組成元素。這一假說后來被推翻，因為科學家發現，“原始湯”中的一些“當作分”現實上并不像之前認為的那樣存在于大氣中【3】。

有生源說理論：在地球形當作初期，流星撞擊地球的頻率很高。撐持這一理論的科學家們猜測，撞擊地球的一些流星可能攜帶著很是原始的細胞，或者至少是生命的構成部門，但生源說沒有試圖詮釋生命是若何在外層空間形當作的【3】。

深海熱液噴口假說：該假說認為地球早期的大氣層是一個半斤八兩惡劣的情況，幾乎沒有氧氣，也沒有庇護地球生命免收紫外線灼傷的臭氧層。所以有些科學家就認為生命是從海洋中起頭的。紫外線可以穿透最淺的水域，是以生命可能起頭在海洋深處。在海底，有一些地域被稱為熱液噴口。這些令人難以置信的“滾燙”的水下區域至今仍布滿著很是原始的生命。相信熱液噴口理論的科學家說，這些很是簡單的生物體可能是前寒武紀期間地球上最早的生命形式【3】。

海底熱泉（Ralph White / Getty Images）

關于生命的發源有很多彼此競爭的理論，深海熱液噴口假說被認為是最新的理論之一。本文的內容就是基于深海熱液噴口假說睜開的。原始單細胞呈現于海洋后，在長達 30 億年的時候里，它們是地球第一流的生物。但大約在 6 億年前，地球的瓦蘭吉爾冰期竣事后，跟著冰川的融化，富含營養的融水流入海洋，對于可以進行化合感化的微生物而言，這些同化著巖石的冰川是不測的收成，因為這些巖石的粉末是它們上好的肥料。藍藻細菌以及其它光合感化細菌起頭大量滋生。在此后的幾百萬時候內，原本依靠割裂生殖繁衍兒女的原始單細胞生命，跟著氧氣含量的增添，一些細胞起頭黏在一路，這些細胞團逐漸進化當作原始動物，復雜的高級生物呈現了，它們有了具體的形態，埃迪卡拉紀生物群自此登場【4】。生命的類型也朝著多樣化成長，埃迪卡拉紀為后來寒武紀生命大爆發做好了物質籌辦，在某個決勝時刻，寒武紀大爆發來了，此次生命大爆發給生物體配備了骨骼以及用于防衛和捕食的更邃密的裝備。寒武紀之后，獵物和捕食者的關系，讓生物體的進化加速，只有順應能力最強的物種才能留在競技場上，而其他的則被扔進了汗青的垃圾桶中。

物種之間的戰爭鞭策著汗青的車輪不竭標的目的前滾動。生命的歷程如統一棵千頭萬緒的大樹，所有衍化至今的各類各樣的物種，在遠古時代都有配合的祖先，而今天我們之所以與單細胞生物有所分歧，就是因為進化的力量【5】。

深海“恒溫”的庇佑

深海熱液噴口假說認為，太陽的撲滅性射線一向狠狠地熬煎著年幼的地球，陸地上幾乎沒有滋攝生命的可能，所以只有在陽光無法攝入的深海才能為生命供給搖籃。而在一個氧氣有限的宿世界里，新進化的生命需要盡可能有用率，而這只能在相對不變的深度才能實現【4】。

此前，科學家們已經成立了一個理論，即生命體的存在需要有適宜的溫度，在這個溫度下，它們可以操縱起碼的氧氣茁壯當作長起來。科學家按照這一理論猜測，在較冷或較暖的溫度下，生物體氧氣的需求量比適宜溫度下要高。為了在一種讓人聯想到埃迪卡拉深海生物（Ediacara biota）的動物身上驗證這一理論，科學家測量了海葵的氧氣需求，海葵凝膠狀的身體和經由過程皮膚呼吸的能力與從埃迪卡拉海洋中收集的化石的生物學很是相似[1]。斯坦福大學研究團隊假設跟著溫度的升高，海葵耐受低氧的能力會變差。這種現象在魚類、龍蝦和螃蟹等更為復雜的動物身上獲得了證實。科學家不確定更冷的溫度是否也會影響動物的耐受性。事實上，當嘗試池的溫度超出它們的舒適區時，海葵需要更多的氧氣。這些身分加在一路，科學家猜測，埃迪卡拉生物與海葵一樣，也需要不變的溫度才能最有用地操縱海洋有限的氧氣供給【1】。

歐巴賓海蝎 (Opabinia)

在水面上，溫度的轉變幅度在 10℃擺布。然而，在海平面 1 千米以下，季候的溫度轉變小于 1℃。文章的作者之一、斯坦福大學地質學助理傳授埃里克·斯珀林暗示，在那時的地球情況下，深海是溫度獨一連結一致的處所。他們認為，在氧氣含量有限的宿世界里，新進化的生命需要盡可能有用率的操縱有限的氧氣來維持生命勾當，而這只有在相對不變的深度才能實現，這就是為什么動物會呈現在那邊【1】。斯珀林暗示，斯坦福大學此次的研究目標是應用動物心理學常識，在不竭轉變的情況中理解化石記實。這些信息可能有助于領會將來可以或許在分歧情況中保存的生物種類。

填補進化缺掉的一環

論證復雜生命體呈現在深海具有很是主要的意義。此中很是主要的一個原因就是領會埃迪卡拉紀生物的發源，發現生命進化中缺掉的環節。

埃迪卡拉紀被稱作生物的伊甸園，在此之前，地球進入了冰期，大量的單細胞生物被凍死，但也有不少生物從冰河期當作功逃走。在地球走出冰期后，古菌、細菌和真菌揉搓著眼睛，將嚴寒擯除出本身的細胞膜，籌辦大干一場。所以在埃迪卡拉紀的海洋中發生了驚人的工作。與原始單細胞生命體分歧，埃迪卡拉生物群的身體機關第一次呈現了兩側對稱布局，生物身體的每個部門都有了明白的分工，例如，頭部需要更多的感受器官，所以逐漸有了眼睛和觸須。這時的生物體看起來像現代水母、海鰓、蠕蟲等軟節肢動物。身體機關分工的邃密化，讓生物的身體移動加倍矯捷。但移動速度的加速，會耗損更多的能量，好比像狄更遜類擬水母那樣的原始生物，緊靠概況皮膚來接收營養的體例效率太低，是以他們進化出了最初的胃，嘴巴及牙齒，同時也催生了海洋中第一批捕食者，捕食者的到來激發了寒武紀生命大爆發，動物王國中的大大都現代分支（或門）在此時代呈現【6】。

狄更遜水母化石（圖片來歷：D. GRAZHDANKIN）

板塊機關和地殼的無情輪回不竭地侵蝕著我們星球的概況。在大陸深處，只有少數幾個地域逃走了這種命運，好比格陵蘭島和西澳大利亞州。專門尋找生命發源跡象的科學家們紛紛前去這些原始地址朝圣。生命的第一章就寫在這些巖石上，科學家們但愿能讀懂它們【4】。

其實直到今天，生命的降生仍是未解之謎，科學家們說不清晰這一過程到底是怎么發生的。然而有一點我們可以確定，那就是：從無生命到有生命，中心是沒有一個明白的節點的。正如進化自己，生命的降生也是一個漫長而混沌的過程。要判定生命的價值，認清這一點尤為主要。

參考文獻

1. Thomas H. Boag, Richard G. Stockey, Leanne E. Elder, et al. Oxygen, temperature and the deep-marine stenothermal cradle of Ediacaran evolution. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2018 DOI: 10.1098/rspb.2018.1724.

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5. 弗蘭克·施茨廷著，朱劉華顏徽玲譯. 海: 另一個未知的宇宙[M]. 四川人平易近出書社, 2018.

6. Eelco J. Rohling. The Ocean: A deep history[M]. Princeton University Press, 2017.