快科技资讯 10月10日 07:08
海绵,最古老的动物?新证据支持其起源早于栉水母
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关于世界上第一个动物究竟是什么样子,科学界一直存在争议。传统观点认为结构原始的海绵是最古老的动物,但近年来基因研究倾向于拥有神经和肌肉的栉水母。最近一项发表在《美国国家科学院院刊》的研究,通过分析阿曼古老沉积物中的特定甾醇分子,为海绵是最古老动物的观点提供了强有力的新证据。研究发现的罕见的C30和C31甾醇,是海绵特有的生物标记,排除了藻类或其他来源的可能性,并模拟了其在地壳中的石化过程,最终确定海绵是目前已知最古老的动物类群,它们以固着滤食的方式生活在海底。

🔬 **海绵作为最古老动物的传统观点面临挑战**:长期以来,科学家们围绕地球上第一个动物的形态展开争论。虽然海绵因其原始结构而被认为是早期动物的有力候选者,但近年来的基因研究却指向栉水母,认为它们可能更早出现。这种基因证据与海绵的保守形态之间的矛盾,使得这一议题至今悬而未决,需要更确凿的证据来解决。

🧪 **甾醇分子成为寻找古老动物的新线索**:由于海绵和栉水母缺乏易于形成化石的硬质结构,科学家转而寻找其他古老生物标记。麻省理工学院的研究团队在阿曼的古老沉积物中发现了大量的甾醇,这是一种海绵大量分泌但简单生物罕见的有机化合物。2009年的初步研究发现了这些甾醇,但当时无法完全排除其来源的多样性,如藻类或非生物化学过程。

🧫 **C30和C31甾醇:锁定海绵起源的关键证据**:新研究通过对甾醇的深入分析,提供了决定性的证据。研究发现沉积物中含有罕见的30个碳原子的C30甾醇,这是藻类无法产生的。更进一步,研究还发现了C31甾醇,这表明其来源于产生C30甾醇的海绵基因,进一步排除了非海绵来源的可能性。这些特定甾醇的存在,极大地增强了海绵作为最古老动物的证据。

🌍 **模拟石化过程,确认生物起源**:为了排除现代污染或非生物化学的干扰,研究团队在实验室中模拟了C31甾醇在数亿年的地壳变化过程中的石化过程。通过比对,有两个样本与古老沉积物中的C31甾醇残留物完全匹配,这有力地支持了这些甾醇的生物起源,并最终指向了海绵,从而确立了海绵作为目前已知最古老动物类群的地位。

自从达尔文提出进化论以来,科学家就一直在争论一个话题:世界上第一个动物到底是什么样子?

近几年分子生物学领域的飞速发展,让科学家得以通过基因分析来判断哪些生物群体更加古老,结合化石记录,目前世界最古老的动物类群有两个候选名单:

一个是多孔动物门——也就是海绵这些动物!


△ 海绵

海绵是一群一动不动就像植物一样生长的、通过过滤海水获取食物的动物,它们是一个庞大类群,目前世界上已描述海绵有11000多种,可能至少还有14000种未被描述。

这些动物没有神经、没有肌肉、没有真正的器官和组织,其结构非常原始,非常符合我们对“最原始动物”的想象,所以在传统观点中海绵就是最古老的动物类群。

另外一个是栉水母门。


△ 栉水母

栉水母是一群利用梳状纤毛在水中自由活动的动物类群,这个类群远没有海绵那样多样化,已描述的只有186种。

它们其实比海绵更复杂一点,它们和刺胞动物(水母)一样,拥有类似肌肉的组织和神经网。

但越来越多的基因研究都倾向于栉水母门才是最古老的动物类群,它们应该出现在进化树的最基部,比海绵更早的分化出来。

但是,如果栉水母比海绵更古老的话,那为什么它们会拥有更“先进”的基因呢(例如与神经、肌肉发育相关的基因)?难道海绵分化出来之后又放弃了这些基因吗?

好吧,这是难以解释的部分,所以这个话题至今无解。

最近由麻省理工学院研究团队发表在《美国国家科学院院刊》的一项研究给这个话题注入了新的证据,而新研究的相关证据支持了海绵更加古老。

首先,无论是海绵,还是栉水母,都很难留下太多的化石证据,因为它们没有易于化石化的坚硬物质——骨头、软骨等等。

(虽然现代的许多海绵拥有矿化的“骨针”——一种由碳酸钙或二氧化硅组成的微小结构,但事实证明最早的海绵并不具备这些形态。)

所以,科学家们必须发挥想象力,在不依赖传统的化石的情况下,在古老的海洋沉积物中寻找最古老的动物特征。

而新研究找到的是一种化学特征——甾醇,这是一种海绵会大量分泌,而更简单的生物几乎不会分泌的有机化合物。

2009年,麻省理工学院的另外一项研究,分析了阿曼古老的沉积物——包括岩层和石油,这些沉积物样本跨越了埃迪卡拉纪之前、之中和之后的数千万年(最早约6.35亿年前),而研究人员发现,这些沉积物中包含大量的甾醇证据——这可能就是已知最古老的动物证据。


△ 在阿曼的古老岩石层

其实,2009年的这项研究的一些研究人员也参与了新研究。2009年的时候,这些研究人员无法确定这些沉积物中的甾醇是否确实来自海绵,因为一些藻类也能通过生物过程制造甾醇,另外,当时的研究人员也无法排除这些甾醇是否是污染或非生物化学带来的。

新研究则是证实了这些甾醇的海绵起源,而不是来自其它地方。

首先,这些甾醇化合物中包含了罕见的30个碳原子的甾醇分子——即C30甾醇,藻类并没有能力代谢出C30甾醇

其次,新研究还发现了C31甾醇(即包含31个碳原子的甾醇),这进一步证实了这是海绵起源,因为它来源于产生C30甾醇的海绵基因,基本只有海绵能做到。

第三、研究小组在实验室里用8种合成的C31甾醇模拟了甾醇的石化过程,这些甾醇的加工方式模拟了地壳数亿年的变化过程。

最后,有两个样本与古老沉积物中的C31甾醇残留物完全匹配,这进一步支持了生物起源,而不是来自现代污染或非生物化学。

这三条证据相互支持、相互印证,而且都指向海绵,所以海绵是目前已知最古老的动物类群。

当然,不排除还有更古老的、未被发现的动物证据,而这些证据可能并不是来自海绵,但在此之前,海绵暂时夺得最古老动物头衔。

现在我们可以想象最古老的动物是固定在海底,一动不动通过滤食生活的生物。

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