即使是最古老的真核生物化石也显示出令人眼花缭乱的多样性和复杂性

太阳刚刚落在澳大利亚北领地一处安静的泥滩上;再过19小时就会再次凝固。一轮新月在荒凉的大地上若隐若现。没有动物在逐渐暗淡的光线中奔跑。没有树叶在微风中沙沙作响。没有地衣覆盖裸露的岩石。唯一的生命迹象是一些水坑和池塘里的浮渣。其中生活着我们远古祖先的多样化微生物群落。

加州大学圣塔芭芭拉分校和麦吉尔大学的研究人员在一份关于保存完好的微化石的新报告中透露，真核生物早在16.4亿年前就已经进化成多种形式。

这篇发表在《古生物学论文》杂志上的论文叙述了真核生物进化史早期时代的一组化石。作者描述了四种新的分类群，以及这些早期真核生物中已经存在的几种高级特征的证据。

“这些是迄今为止发现的最古老的真核生物之一，”主要作者、加州大学圣巴巴拉分校地球科学系助理研究员LeighAnneRiedman解释道。“然而，即使在这些第一张唱片中，我们也看到了很多多样性。”

真核生物是生命的主要领域之一，包括植物、动物和真菌分支，以及所有其他细胞具有膜结合核的群体，如原生生物和海藻。

许多科学家认为，古元古代晚期的早期真核生物都非常相似，而多样化发生在大约8亿年前。但里德曼和她的合著者在岩石中发现了令人愉悦的多样化且复杂的人物化石，其年龄几乎是其两倍。

科学家从之前的研究中得知，真核生物在这个时期已经进化，但人们对它们在这个时期的多样性知之甚少。于是，Riedman于2019年底前往内陆地区。一周内，她从一家勘探公司钻探的8个岩心中收集了约430个样本;它们现在存放在北领地地质调查局的图书馆中。用于这项研究的两个岩心跨越了大约500米的地层，即1.33亿年，其中有大约1500万年的重要沉积。

里德曼带着页岩和泥岩回到美国：古代沿海生态系统的残余物，在浅层潮下泥滩和沿海泻湖之间交替。浸泡在氢氟酸中溶解了基质岩石，浓缩了珍贵的微化石，然后她在显微镜下进行了分析。

“我们希望找到细胞壁具有有趣且不同特征的物种，”里德曼说。她希望这些特征能够揭示这一时期细胞内发生的事情。然而，要得出有关细胞内部的任何结论，都需要进行大量的调查，因为化石只保留了细胞的外部。

研究人员对这些化石中保存的多样性和复杂性感到惊讶。他们记录了26个类群，其中包括10个以前未描述的物种。研究小组发现了细胞骨架以及板状结构的间接证据，表明存在形成板的内部囊泡——可能是现代真核细胞中存在的高尔基体的祖先。其他微生物的细胞壁由结合纤维组成，同样表明存在复杂的细胞骨架。

作者还发现了带有微小活板门的细胞，这是一定程度复杂性的证据。有些微生物可以形成包囊来等待不利的环境条件。为了出现，它们需要能够在保护壳上蚀刻一个开口。

制作这扇门是一个专门的过程。“如果你要产生一种溶解细胞壁的酶，你需要非常小心如何使用这种酶，”里德曼说。“因此，在真核生物最早的记录之一中，我们看到了一些令人印象深刻的复杂程度。”

该领域的许多人都认为这种能力是后来出现的，而这个组合中的证据进一步强调了真核生物即使在这个早期阶段也是多么多样化和先进。

“人们一直认为，这大约是真核生物出现的时间。现在我们认为人们还没有探索过更古老的岩石，”合著者、加州大学圣巴巴拉分校地球科学教授苏珊娜·波特说。

本文是研究早期真核生物进化的大型项目的一部分。里德曼和波特想知道早期真核生物在什么环境中实现多样化，它们为何存在，何时迁移到其他地方，以及它们需要什么样的适应才能填补这些新的生态位。

这项工作的很大一部分涉及了解真核生物的不同特征首次出现的时间。例如，作者非常有兴趣了解这些生物体是否适应有氧或缺氧环境。

前者表明它们具有有氧代谢，并且可能具有线粒体。已发现的每一种现代真核生物都是拥有线粒体的祖先的后代。这表明真核生物很早就获得了细胞器，并且它提供了显着的优势。

里德曼和波特目前正在研究真核生物随时间变化的多样性的新解释。他们还从西澳大利亚和明尼苏达州收集了更古老的样本。与此同时，他们在麦吉尔大学的地球化学家合作者正在带头进行一项关于氧气水平和首选真核生物栖息地的研究，这些方面可能有助于揭示真核生物的进化。

里德曼说：“这些结果指示我们去寻找更古老的物质、更古老的真核生物，因为这显然不是地球上真核生物的开始。”