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

在冰雪中的玫瑰

DALL-E设想的古元古代一个柔和的夏夜

（）据加州大学圣巴巴拉分校（哈里森·塔索夫）：太阳刚刚落在澳大利亚北领地一个安静的泥滩上；再过19个小时就会再次凝固。一轮新月赫然出现在荒凉的大地上。没有动物在昏暗的光线下奔跑。没有树叶在微风中沙沙作响。裸露的岩石上没有地衣。唯一的生命迹象是几个水坑和池塘里的一些浮渣。其中生活着我们远古祖先的多样化微生物群落。

在一份关于保存精美的微化石的新报告中，加州大学圣巴巴拉分校和麦吉尔大学的研究人员揭示，真核生物甚至在16.4亿年前就已经进化成了各种形式。这篇论文发表在《古生物学论文》杂志上，详述了一组来自该群体进化史早期的真核生物化石。作者描述了四个新的分类群，以及在这些早期真核生物中已经存在的几个高级特征的证据。

“这些是迄今为止发现的最古老的真核生物，”首席作者、UCSB地球科学部助理研究员利·安妮·雷德曼解释道。"然而，即使在这些最初的记录中，我们也看到了许多多样性."

真核生物构成了生命的主要领域之一，包括植物、动物和真菌分支，以及细胞具有膜状细胞核的所有其他类群，如原生生物和海藻。许多科学家认为早期的真核生物在古元古代晚期都非常相似，这种多样化发生在大约8亿年前。但是Riedman和她的合作者发现了令人高兴的多样化和复杂的化石，这些化石是将近两倍古老的岩石中的角色。

科学家从以前的研究中知道，真核生物在这个时候已经进化了，但对它们在这个时代的多样性知之甚少。因此，雷德曼在2019年底前往内陆。在一周内，她从一家勘探公司钻取的八个岩芯中收集了大约430个样本；它们现在存放在北领地地质调查局的图书馆里。用于这项研究的两个岩芯跨越了大约500米的地层，或1.33亿年，具有大约1500万年的重要沉积。

里德曼带着页岩和泥岩回到了美国，它们是古老海岸生态系统的残余，交替出现在浅水潮下泥滩和海岸泻湖之间。氢氟酸浸泡溶解了基质岩石，浓缩了珍贵的微体化石，然后她在显微镜下进行分析。

“我们希望找到细胞壁具有有趣和不同特征的物种，”雷德曼说。她希望这些特征能够揭示这段时间细胞内发生了什么。然而，要得出关于细胞内部的任何结论都需要大量的调查，因为化石只保存了细胞的外部。



Limbunyasphaera operculata是一个新物种，它显示了一个通向细胞的小门。鸣谢:里德曼等人。

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个分类群，包括10个以前没有描述过的物种。研究小组发现了细胞骨架的间接证据，以及表明板形成于其中的内部囊泡存在的板状结构——可能是高尔基体的祖先，存在于现代真核细胞中。其他微生物的细胞壁由束缚纤维构成，类似地表明存在复杂的细胞骨架。

作者还发现了带有一个小活板门的细胞，这是某种复杂程度的证据。一些微生物可以形成一个包囊来等待不利的环境条件。为了浮出水面，它们需要能够在它们的保护壳上蚀刻出一个开口。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，你需要非常小心地使用这种酶，”里德曼说。“因此，在最早的真核生物记录中，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才出现的，这一集合中的证据进一步强调了真核生物在早期是多么多样和先进。“一直以来的假设是，这大约是真核生物出现的时间。现在我们认为人们只是没有探索更古老的岩石，”加州大学圣巴巴拉分校地球科学教授、合著者苏珊娜·波特说。

这篇论文是研究早期真核生物进化的大型项目的一部分。雷德曼和波特想知道早期真核生物在什么环境下多样化，它们为什么会在那里，何时迁移到其他地方，以及它们需要什么样的适应来填补这些新的生态位。

这项工作的很大一部分涉及到理解真核生物的不同特征是何时首次出现的。例如，作者非常有兴趣了解这些生物是否适应有氧或缺氧环境。前者表明他们有有氧代谢，可能还有线粒体。每一个被发现的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，这提供了一个显著的优势。

里德曼和波特目前正致力于对真核生物随时间变化的多样性进行新的解释。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，他们在麦吉尔的地球化学家合作者正在带头研究氧气水平和偏好的真核生物栖息地，这些方面可能会揭示它们的进化。

“这些结果指示我们去寻找更古老的材料，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，”雷德曼说。