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地球上那些最早期的複雜生物體,為何越長越高?

加拿大紐芬蘭的誤導點(Mistaken Point)是世界上埃迪卡拉紀化石最豐富的地區之一,這些化石層大約形成於5.66億年前,是已知最古老的真核巨型化石群落之一。

埃迪卡拉紀時期(約6.35~5.41億年前)。| 圖片來源:John Sibbick

在埃迪卡拉紀之前,生物有著微小的形態;到了埃迪卡拉紀,一些大型複雜的生物開始出現,其中有些生物甚至可以長到兩米,例如一種被稱為rangeomorphs的生物,被認為是地球上第一批複雜生物。看起來,它們與蕨類植物非常相似,但卻可能是最早存在過的一種「動物」,雖然對於這種觀點科學家並不能完全肯定。但他們認為,這些沒有嘴、沒有器官、也沒有移動方式的埃迪卡拉紀生物體,必須依靠從水中汲取營養生存。因此之前科學認為,它們之所以長得如此高大,是為了更好的從周圍的水中吸收營養。

誤導點底層群落的藝術構想圖。| 圖片來源:Charlotte Kenchington

然而在最新的研究中,劍橋大學的Emily Mitchell博士與紐芬蘭大學的Charlotte Kenchington博士,通過研究誤導點的化石發現,超過5億年前在海洋中最成功的生物,是那些能將它們的後代「拋灑」的最遠的物種。因此這些地球上最早期的複雜生物體之所以會變大,並非為了爭搶食物,而是為了更好佔領對周圍的環境。研究人員將研究結果發表於6月25日的《自然-生態學與進化》雜誌上[2]。

一直以來,許多研究都認為,生物尺寸的增長是為了爭奪垂直分布的水柱資源,導致不同類型的種群佔據水柱的不同部分,這種過程被稱為分層。因此有理論認為,這種為了避免資源競爭而出現的分層,是導致埃迪卡拉紀生物體的身體結構多樣化的主要驅動因素。當埃迪卡拉紀生物長得越來越高,它們的體型也變得更加多樣化,有的還進化出了的莖狀結構以支撐它們的高度。

在現代環境中,比如說森林裡,生物之間對光源等一系列資源的競爭非常激。因此,與周圍的矮鄰相比,高大的樹木和植物具有明顯的優勢。Mitchell和Kenchington想知道的是,埃迪卡拉紀生物的生長是否也是由類似的因素而驅動的,地球上的生命是否都是因為競爭而變得巨大?

然而她們發現,埃迪卡拉紀的海洋更像是一個「吃到飽」的自助餐廳:「當海洋中營養豐富時,生物對資源的爭奪並不會很激烈。並且在那段時期也還沒有食肉性動物出現。所以,在這段時間裡,肯定還有別的原因使得生物形態變得如此巨大。」

由於埃迪卡拉紀生物不能移動,因此它們能被較為完好地保存在曾經生活過的地方,這使得研究人員可能從這些化石記錄中對整個種群進行分析。利用空間分析技術,她們發現這些生物的身高和食物競爭之間沒有相關性。不同種類的生物不會佔據在水柱的不同部分(分層)以避免對資源的搶奪。

紐芬蘭的誤導點上的埃迪卡拉紀化石。| 圖片來源:Emily Mitchell

Kenchington說:「假如那時它們對食物進行了搶奪,那麼我們現在就會發現長有莖幹的生物應該是高度分層的。但真實的情況卻與之相反:那些沒有莖幹的生物實際上比具有莖幹的生物更有層次感,因此莖幹提供的很可能是另一種功能。」

根據她們的說法,莖幹的一個可能的功能是使後代更加分散,例如rangeomorph就會通過排出小繁殖體進行繁殖。最高的生物會被最大的後代群包圍著,這意味著個頭高的好處並非帶來更多的食物,而是具有更大的機會能對更大的區域進行「殖民」。

Mitchell說:「雖然個頭較高的生物會生活在水流速度更快的水域中,但這些沒有出現分層現象的群落表明,身高並沒有給它們在營養吸收方面帶來任何明顯優勢。相反,繁殖似乎才是使這些生物變得更大的主要原因。」

儘管rangeomorphs曾經很「成功」,但大約在5.4億年前寒武紀開始的時候,rangeomorphs和其他埃迪卡拉紀生物就都消失了。寒武紀是一段快速進化的時期,大多數的主要動物群體首次出現在這一時期的化石記錄中。現在,我們只能從化石中,來窺探這些高大的生物曾經的風采了。

編譯:糖獸

參考來源:

http://www.cam.ac.uk/research/news/why-life-on-earth-first-got-big


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