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地球上那些最早期的复杂生物体,为何越长越高?天纯被芯资讯栏目

加拿大纽芬兰的误导点(Mistaken Point)是世界上埃迪卡拉纪化石最丰富的地区之一,这些化石层大约形成于5.66亿年前,是已知最古老的真核巨型化石群落之一。

地球上那些最早期的复杂生物体,为何越长越高?

○ 埃迪卡拉纪时期(约6.35~5.41亿年前)。| 图片来源:John Sibbick

在埃迪卡拉纪之前,生物有着微小的形态;到了埃迪卡拉纪,一些大型复杂的生物开始出现,其中有些生物甚至可以长到两米,例如一种被称为rangeomorphs的生物,被认为是地球上第一批复杂生物。看起来,它们与蕨类植物非常相似,但却可能是最早存在过的一种“动物”,虽然对于这种观点科学家并不能完全肯定。但他们认为,这些没有嘴、没有器官、也没有移动方式的埃迪卡拉纪生物体,必须依靠从水中汲取营养生存。因此之前科学认为,它们之所以长得如此高大,是为了更好的从周围的水中吸收营养。

地球上那些最早期的复杂生物体,为何越长越高?

○ 误导点底层群落的艺术构想图。| 图片来源:Charlotte Kenchington

然而在最新的研究中,剑桥大学的Emily Mitchell博士与纽芬兰大学的Charlotte Kenchington博士,通过研究误导点的化石发现,超过5亿年前在海洋中最成功的生物,是那些能将它们的后代“抛洒”的最远的物种。因此这些地球上最早期的复杂生物体之所以会变大,并非为了争抢食物,而是为了更好占领对周围的环境。研究人员将研究结果发表于6月25日的《自然-生态学与进化》杂志上[2]。

一直以来,许多研究都认为,生物尺寸的增长是为了争夺垂直分布的水柱资源,导致不同类型的种群占据水柱的不同部分,这种过程被称为分层。因此有理论认为,这种为了避免资源竞争而出现的分层,是导致埃迪卡拉纪生物体的身体结构多样化的主要驱动因素。当埃迪卡拉纪生物长得越来越高,它们的体型也变得更加多样化,有的还进化出了的茎状结构以支撑它们的高度。

在现代环境中,比如说森林里,生物之间对光源等一系列资源的竞争非常激。因此,与周围的矮邻相比,高大的树木和植物具有明显的优势。Mitchell和Kenchington想知道的是,埃迪卡拉纪生物的生长是否也是由类似的因素而驱动的,地球上的生命是否都是因为竞争而变得巨大?

然而她们发现,埃迪卡拉纪的海洋更像是一个“吃到饱”的自助餐厅:“当海洋中营养丰富时,生物对资源的争夺并不会很激烈。并且在那段时期也还没有食肉性动物出现。所以,在这段时间里,肯定还有别的原因使得生物形态变得如此巨大。”

由于埃迪卡拉纪生物不能移动,因此它们能被较为完好地保存在曾经生活过的地方,这使得研究人员可能从这些化石记录中对整个种群进行分析。利用空间分析技术,她们发现这些生物的身高和食物竞争之间没有相关性。不同种类的生物不会占据在水柱的不同部分(分层)以避免对资源的抢夺。

地球上那些最早期的复杂生物体,为何越长越高?

○ 纽芬兰的误导点上的埃迪卡拉纪化石。| 图片来源:Emily Mitchell

Kenchington说:“假如那时它们对食物进行了抢夺,那么我们现在就会发现长有茎干的生物应该是高度分层的。但真实的情况却与之相反:那些没有茎干的生物实际上比具有茎干的生物更有层次感,因此茎干提供的很可能是另一种功能。”

根据她们的说法,茎干的一个可能的功能是使后代更加分散,例如rangeomorph就会通过排出小繁殖体进行繁殖。最高的生物会被最大的后代群包围着,这意味着个头高的好处并非带来更多的食物,而是具有更大的机会能对更大的区域进行“殖民”。

Mitchell说:“虽然个头较高的生物会生活在水流速度更快的水域中,但这些没有出现分层现象的群落表明,身高并没有给它们在营养吸收方面带来任何明显优势。相反,繁殖似乎才是使这些生物变得更大的主要原因。”

尽管rangeomorphs曾经很“成功”,但大约在5.4亿年前寒武纪开始的时候,rangeomorphs和其他埃迪卡拉纪生物就都消失了。寒武纪是一段快速进化的时期,大多数的主要动物群体首次出现在这一时期的化石记录中。现在,我们只能从化石中,来窥探这些高大的生物曾经的风采了。

编译:糖兽

参考来源:

http://www.cam.ac.uk/research/news/why-life-on-earth-first-got-big

https://www.nature.com/articles/s41559-018-0591-6

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