埃迪卡拉纪化石揭示了导致地球生命扩张的生物矿化起源

love清晨叶

概述了埃迪卡拉纪已知软体和骨骼化石的出现，以及Cloudina支持的生物矿化的开始。致谢:鲍耶等人，2023年。

（）据美国物理学家组织网（汉娜·伯德）：地球上的生命始于单细胞微生物，而我们生活的多细胞世界的兴起则是由于一个被称为生物矿化的重要化学过程，在此过程中，生命体产生硬化的矿化组织，如骨骼。这种现象不仅导致了我们今天看到的过多的身体计划，而且对地球的碳循环也产生了重大影响。

cloudinids (Cloudina)的化石骨架，由大约1.5厘米长的碳酸盐锥体组成的管状结构，已在纳米比亚的Tsau Khaeb国家公园发现，可追溯到5.51-5.5亿年前的埃迪卡拉纪(大约6.35-5.38亿年前)。爱丁堡大学的弗雷德·鲍耶博士及其同事旨在利用这些化石来确定地球上生物矿化开始的位置、时间和原因，以及其影响的大小。

发表在《地球和行星科学快报》上的新研究将沉积物分析与Nama组Kliphoek成员石灰岩中碳和氧同位素(相同元素，不同原子质量)形式的地球化学数据相结合。研究小组认为，这种岩石曾经是在向开阔海洋环境过渡之前的低水位期沉积在浅海中的。

纳马岩群被认为是了解地球上生命辐射到寒武纪(约5.38亿至4.85亿年前)的最重要的岩石，俗称“生物大爆炸”。



纳米比亚曹哈布国家公园Kliphoek成员中保存的Cloudina化石。致谢:鲍耶等人，2023年。

在纳米比亚的野外工作中，连续岩石单元之间的层面通过遗迹化石揭示了生命历史的奇迹，这是古代活动的痕迹，但没有明确地保存有机体的遗骸。鲍耶博士认为，这些结构是由软体微生物创造的，在生物钙化之前出现在研究地点(马拉成员)的较低部分。在此之上，研究小组开始在Kliphoek成员中看到Cloudina的第一个迹象，独特的圆锥化石，圆锥结构相互嵌套。

化石所在的碳酸钙石灰岩的地球化学分析揭示了碳(较轻的12C与13C之比)和氧(16O与18O)的同位素特征，这些同位素特征包含在分子结构中，因此也包含了海洋环境以及整个地球的条件。

例如，全球气温变暖促使包括同位素较轻的16O在内的海水蒸发，使富含较重18O的海洋结合到碳酸盐中，并在数据集中产生正18O信号。

与此同时，碳同位素受到光合作用、呼吸和上升流区的影响，使它们稍微更复杂，但通常通过光合作用生物更大的海洋生产力使用打火机12C，使海洋富含13C(正信号)。

纳米比亚数据集具有7.24‰(千分之几)至+2.91‰的碳酸盐衍生12C/13C比率和16O/18O比率，从12.14‰至0.78‰，沿地层剖面向上增加，而含Cloudina的单元具有相对较低的平均12C/13C比率-1.19‰，16O/18O比率波动。鲍耶博士和他的同事们认为，较低的12C/13C比率和较高的16O/18O比率是半受限环境的特征，与海洋相连，但与开阔的海洋环境更加隔绝。



纳米比亚Tsau Khaeb国家公园研究区域沉积环境示意图，在此期间发生Cloudina生物矿化。a)海侵导致砂岩和粉砂岩沉积在浅水海岸表面；b)持续的海侵形成一个蒸发岩盆地，部分受限于公海；c)具有开阔海洋条件和大量碳酸盐沉积物的峰值海平面；d)海平面下降，在此期间，充氧期发生Cloudina生物矿化。致谢:鲍耶等人，2023年。

因此，地球化学数据表明，Cloudina起源于低氧环境，具有明显较高的充氧期，而不是持续充氧导致骨骼化的出现。然而，研究小组认为，海洋中特别高的碳酸盐浓度是使Cloudina形成钙化结构的周围环境过饱和所必需的。

这是由于一段时间的海侵造成的，当时海岸线向陆地移动，因此研究地点经历了马拉段蒸发岩盆地中的浅潮间带条件，然后海平面再次上升，在Kliphoek段的浅开阔海洋条件下沉积了砂岩和方解石沉积物。

在随后的海平面下降期间，这些开放的海洋碳酸盐沉积在氧化还原带上，该层上下的水氧化作用存在显著差异，从而允许发生云状生物矿化。

与之前的研究一样，这项研究支持这样一种说法，即Cloudina和类似的微生物群是在相对缺氧的条件下，结合海平面的振荡，在充氧期间短暂呼吸期的机会主义殖民者。因此，骨骼化的进化新颖性可能实际上是由海洋环境的不稳定性驱动的。