地球上的第一个复杂生命，为什么会出现在海洋里？

地球上有哪些超出常人想象的自然现象？

图片：NeuPaddy / CC0

地球上有哪些超出常人想象的天然现象？

返朴，科学新媒体

让人惊奇的是，地球上的第一个复杂生命体呈现在海洋中！这是为什么呢？

作者：祝叶华

地球上第一种动物

137 亿年前，宇宙大爆炸，一切从无到有。47 亿年前地球形当作，早期地球如炙热的炼狱，不竭受到天外来客的袭击，跟着袭击次数的削减，地球逐冷却下来并起头下雨，原始海洋形当作了。生命发源的深海热液喷口假说认为，地球形当作伊始，陆地情况过分恶劣，所以生命最初发源于深海。而对于生命进化中很是主要的节点——复杂生命形式是否仍然是在深海中最先形当作的？——科学家一向没有搞懂。斯坦福大学的研究人员试图回覆这一问题。他们在比来颁发的研究中指出，深海是早期地球上温度独一不变的处所。深海为复杂生物供给了一个不变的、维持生命的出亡所，让这些蓬勃成长的生命形式可以或许充实操纵有限的氧气供给，使其免受浅滩温度猛烈波动的影响【1-2】。

生命的发源与进化

摸索远古期间的生命外形，可以知道从地球上最早生命形式的呈现，到其迈出懵懂的第一步，动物是若何进化出矫捷自如的身体、犀利活络的眼睛以及尖锐锋利的牙齿，也可以弄大白远古的生物是若何演酿成我们所熟知的现代生物，当然也包罗你我在内的人类。宿世界各地的科学家研究生命发源的汗青可以追溯到有记录的年月。今朝科学家们还在不竭的研究和摸索生命的发源之谜，在这个过程中，几种本家儿要的假说被提出。

原始汤假说：“原始汤”尝试展示了若何在模拟早期地球情况的尝试室情况中，仅用少量无机“当作分”就能缔造出诸如氨基酸之类的生命组成元素。这一假说后来被推翻，因为科学家发现，“原始汤”中的一些“当作分”现实上并不像之前认为的那样存在于大气中【3】。

有生源说理论：在地球形当作初期，流星撞击地球的频率很高。撑持这一理论的科学家们猜测，撞击地球的一些流星可能携带着很是原始的细胞，或者至少是生命的构成部门，但生源说没有试图诠释生命是若何在外层空间形当作的【3】。

深海热液喷口假说：该假说认为地球早期的大气层是一个半斤八两恶劣的情况，几乎没有氧气，也没有庇护地球生命免收紫外线灼伤的臭氧层。所以有些科学家就认为生命是从海洋中起头的。紫外线可以穿透最浅的水域，是以生命可能起头在海洋深处。在海底，有一些地域被称为热液喷口。这些令人难以置信的“滚烫”的水下区域至今仍布满着很是原始的生命。相信热液喷口理论的科学家说，这些很是简单的生物体可能是前寒武纪期间地球上最早的生命形式【3】。

海底热泉（Ralph White / Getty Images）

关于生命的发源有很多彼此竞争的理论，深海热液喷口假说被认为是最新的理论之一。本文的内容就是基于深海热液喷口假说睁开的。原始单细胞呈现于海洋后，在长达 30 亿年的时候里，它们是地球第一流的生物。但大约在 6 亿年前，地球的瓦兰吉尔冰期竣事后，跟着冰川的融化，富含营养的融水流入海洋，对于可以进行化合感化的微生物而言，这些同化着岩石的冰川是不测的收成，因为这些岩石的粉末是它们上好的肥料。蓝藻细菌以及其它光合感化细菌起头大量滋生。在此后的几百万时候内，原本依靠割裂生殖繁衍儿女的原始单细胞生命，跟着氧气含量的增添，一些细胞起头黏在一路，这些细胞团逐渐进化当作原始动物，复杂的高级生物呈现了，它们有了具体的形态，埃迪卡拉纪生物群自此登场【4】。生命的类型也朝着多样化成长，埃迪卡拉纪为后来寒武纪生命大爆发做好了物质筹办，在某个决胜时刻，寒武纪大爆发来了，此次生命大爆发给生物体配备了骨骼以及用于防卫和捕食的更邃密的装备。寒武纪之后，猎物和捕食者的关系，让生物体的进化加速，只有顺应能力最强的物种才能留在竞技场上，而其他的则被扔进了汗青的垃圾桶中。

物种之间的战争鞭策着汗青的车轮不竭标的目的前滚动。生命的历程如统一棵千头万绪的大树，所有衍化至今的各类各样的物种，在远古时代都有配合的祖先，而今天我们之所以与单细胞生物有所分歧，就是因为进化的力量【5】。

深海“恒温”的庇佑

深海热液喷口假说认为，太阳的扑灭性射线一向狠狠地熬煎着年幼的地球，陆地上几乎没有滋摄生命的可能，所以只有在阳光无法摄入的深海才能为生命供给摇篮。而在一个氧气有限的宿世界里，新进化的生命需要尽可能有用率，而这只能在相对不变的深度才能实现【4】。

此前，科学家们已经成立了一个理论，即生命体的存在需要有适宜的温度，在这个温度下，它们可以操纵起码的氧气茁壮当作长起来。科学家按照这一理论猜测，在较冷或较暖的温度下，生物体氧气的需求量比适宜温度下要高。为了在一种让人联想到埃迪卡拉深海生物（Ediacara biota）的动物身上验证这一理论，科学家测量了海葵的氧气需求，海葵凝胶状的身体和经由过程皮肤呼吸的能力与从埃迪卡拉海洋中收集的化石的生物学很是相似[1]。斯坦福大学研究团队假设跟着温度的升高，海葵耐受低氧的能力会变差。这种现象在鱼类、龙虾和螃蟹等更为复杂的动物身上获得了证实。科学家不确定更冷的温度是否也会影响动物的耐受性。事实上，当尝试池的温度超出它们的舒适区时，海葵需要更多的氧气。这些身分加在一路，科学家猜测，埃迪卡拉生物与海葵一样，也需要不变的温度才能最有用地操纵海洋有限的氧气供给【1】。

欧巴宾海蝎 (Opabinia)

在水面上，温度的转变幅度在 10℃摆布。然而，在海平面 1 千米以下，季候的温度转变小于 1℃。文章的作者之一、斯坦福大学地质学助理传授埃里克·斯珀林暗示，在那时的地球情况下，深海是温度独一连结一致的处所。他们认为，在氧气含量有限的宿世界里，新进化的生命需要尽可能有用率的操纵有限的氧气来维持生命勾当，而这只有在相对不变的深度才能实现，这就是为什么动物会呈现在那边【1】。斯珀林暗示，斯坦福大学此次的研究目标是应用动物心理学常识，在不竭转变的情况中理解化石记实。这些信息可能有助于领会将来可以或许在分歧情况中保存的生物种类。

填补进化缺掉的一环

论证复杂生命体呈现在深海具有很是主要的意义。此中很是主要的一个原因就是领会埃迪卡拉纪生物的发源，发现生命进化中缺掉的环节。

埃迪卡拉纪被称作生物的伊甸园，在此之前，地球进入了冰期，大量的单细胞生物被冻死，但也有不少生物从冰河期当作功逃走。在地球走出冰期后，古菌、细菌和真菌揉搓着眼睛，将严寒摈除出本身的细胞膜，筹办大干一场。所以在埃迪卡拉纪的海洋中发生了惊人的工作。与原始单细胞生命体分歧，埃迪卡拉生物群的身体机关第一次呈现了两侧对称布局，生物身体的每个部门都有了明白的分工，例如，头部需要更多的感受器官，所以逐渐有了眼睛和触须。这时的生物体看起来像现代水母、海鳃、蠕虫等软节肢动物。身体机关分工的邃密化，让生物的身体移动加倍矫捷。但移动速度的加速，会耗损更多的能量，好比像狄更逊类拟水母那样的原始生物，紧靠概况皮肤来接收营养的体例效率太低，是以他们进化出了最初的胃，嘴巴及牙齿，同时也催生了海洋中第一批捕食者，捕食者的到来激发了寒武纪生命大爆发，动物王国中的大大都现代分支（或门）在此时代呈现【6】。

狄更逊水母化石（图片来历：D. GRAZHDANKIN）

板块机关和地壳的无情轮回不竭地侵蚀着我们星球的概况。在大陆深处，只有少数几个地域逃走了这种命运，好比格陵兰岛和西澳大利亚州。专门寻找生命发源迹象的科学家们纷纷前去这些原始地址朝圣。生命的第一章就写在这些岩石上，科学家们但愿能读懂它们【4】。

其实直到今天，生命的降生仍是未解之谜，科学家们说不清晰这一过程到底是怎么发生的。然而有一点我们可以确定，那就是：从无生命到有生命，中心是没有一个明白的节点的。正如进化自己，生命的降生也是一个漫长而混沌的过程。要判定生命的价值，认清这一点尤为主要。

参考文献

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. 弗兰克·施茨廷著，朱刘华颜徽玲译. 海: 另一个未知的宇宙[M]. 四川人平易近出书社, 2018.

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