地球上早期的生命 (图文) (上)

先说明一下，这组图片是以前在自然历史博物馆 (Natural History Museum) 拍摄的，现在慢慢将涉及早期 (包括太古宙、元古宙时代) 生命部分整理出来，希望大家喜欢。

文中如果出现翻译错误，请方家指出。这些专用名词之翻译，是我不在行的。

自然历史博物馆





大家知道，地球的年龄大约是 46 亿岁。地球形成后的几亿年中，随着地球的冷却，出现了海洋----也就是地球上生命最初的摇篮。大约在 38亿年前，地球首次产生了细菌，随后 2-3 亿年，又出现了绿色生命：蓝藻或蓝绿藻(Cyanobacteria)。蓝绿藻虽然没有细胞核，生物分类上属于细菌类，但是它到底是绿色的，外表上很像今天的藻类。

大家知道，地球的大小、离太阳的距离等因素对生命之形成基本上“恰到好处”。如果离太阳近了点，例如如金星那样的距离，地球就会变得很热，没法形成生命；如果远了点，例如如火星那样的距离，就太冷了些，形成生命也很困难。如果轻了些，例如像月球一般，它的万有引力就没法束缚气体，使得地球维持相对而言的恒温 (例如月球正对着太阳的一面，气温就相当高，平均一百多度；背对太阳的一面呢，温度就在零下一百多度)。

就生命之形成而言，最重要的物质也许是水，再加上氧气。但是就原子尺度而言，形成生命最重要的原子，不是氢或者氧，而是碳原子，其次是氢原子。学过化学的都知道，碳原子外面一层有四个电子，能提供很复杂的四个化学键，它既像金属又像非金属，比较容易失去电子或者和别的原子共享电子，不像氧原子那样非常能束缚电子(例如水，氢原子的电子就被氧原子抓得牢牢的，所以水非常稳定)。再加上氢原子，它本身也有些金属特性，所以以碳氢化合物为主体的有机物，从化学角度而言是不怎么稳定的，这种不稳定性 (再加上碳原子的四个化学键) 正是产生生命的关键。

咱们再看看氧。根据science，地球上最初基本上是没有氧气的。大家知道，咱们现在的大气，基本上是氮和氧，二氧化碳很少，但是在地球早期，情况恰恰相反，氧气基本上没有，地球的大气以氮、水和二氧化碳为主，二氧化碳所占的比例有四分之一左右。在大约 20多亿年前，二氧化碳逐步从大气中“消失”了----当然，这里的消失是相对的，意思是所占的比重极小----那个时候随着水从大气中凝结而出，地球的大气几乎全部是氮气。大约在 8 亿年前，因为绿色生命的光合作用，地球上大气层氧气开始占据不俗的比例，到目前为止，这个比例超过20%。地球上首次出现光合作用，大约是从 25 亿年前的藻类植物开始的。就算在今天，海洋的藻类植物仍然给地球提供 90% 的“新”氧气。

地球上生命的另一个里程碑就是多细胞生物的出现。多细胞生物的出现为生命的多样化打下了扎实的基础。就目前所知而言，地球上最早的多细胞生物是 12亿年前的一种红藻植物，叫做 Bangiomorpha，却不知如何翻译成汉语。当然，红藻门 (Rhodophyta)植物现在还有不少，大家吃的紫菜就是其中之一，呵呵。

修改帖子补充一句：科学家们是怎么样判定冥古宙、太古宙等时代大气是不是含有氧气的呢？答案是分析地表附近或者浅水区域 (水中氧气最多的地方) 的红色矿床的氧化铁的年代而得出的。下面这个红色带状结构的岩石 (氧化铁沉淀) 取自密歇根州。



先看几个早期的化石。



上面这个层状结构的化石来自澳大利亚一个叫做“鲨鱼湾” (Shark Bay) 的地方。这块化石是碳酸钙结构，是海洋微生物在温暖而没有激流的浅水海域形成的。



上面这个叠层石来自蒙大拿州的大冰川国家公园。

咱们再来看几个单细胞生物。这些单细胞生物的化石形成于元古宙 (原生代，Proterozoic)  的早期古元古代 (Paleoproterozoic)，距今大约 5 到 25 亿年前。



上面这个花瓶形状的东西是放大了的变形虫。这种称为 Testate 的变形虫是单细胞生物，其化石取自科罗拉多大峡谷的岩石，大约有 7 亿 5000万年的历史了。当然变形虫没有图片显示的这么大，从图中的附录的比例尺可以大体判断出其大小。该图片是经哈佛大学相关人员用电脑分析而给出的，不是直接拍摄自化石样本。



上面这个类似于球状仙人掌的生物属于 Acritarch (这个单词怎么翻译？)，是种单细胞的藻类生物，样本取自我国贵州省的岩层，距今大约 6亿年。当然，图片是 Virginia 理工大学专家们经过电脑技术处理而成的，图中附录了比例尺。从同一地方 (贵州)还有如下的动物胚胎/蛋的图片，图中附录了比例尺。



让我们看看几个元古宙（Proterozoic) 时代的有关从单细胞到多细胞生命过渡的化石照片。

 

左上图这个是放大了的一种称为 Banglomorpha Pubescens的图片，右图则是化石样本的照片。样本来自加拿大靠近北极圈附近。它属于多细胞的红藻类，生活在距今 12亿年前，地质上属于元古宙的中元古代（Mesoproterozoic)。这是迄今为止发现的最早的异性繁殖的生物。

 

左上图是一种称为 Bangla vermicularis 的植物图片，也属于红藻类，样本取自新泽西州的大西洋城，大约生活在 12亿年前。现在海洋里红藻的细胞结构和此图中的细胞结构 (多细胞) 并无多大的分别。右上图则是现代红藻类植物中 Bangla 细胞结构的放大图。



上图是一种称为 Grypania Spiralls 的化石照片，也属于红藻类，样本取自密歇根州的 Marouette山岭。这种像弹簧一般环绕卷曲的藻类是地球上被发现的俱备某些多细胞特征的单细胞生物之一，生活在元古宙的古元古代（Paleoproterozoic，25-16 亿年前)。

看一组早期动物的化石。现在世界上广泛分布有一种称为 Ediacaran 时期的动物(注：Ediacaran 根据音译翻译成埃迪卡拉纪，属于地质年代新元古代) 的化石，大约形成于 5亿年前。现在有些动物还保持着当年的原样。不过就进化论而言，我们至今不能肯定 Ediacaran时期的动物是不是所有动物的祖先，亦即是不是所有的动物都由此进化而来。



上图之化石取自南澳大利亚，可能是中元古代（Mesoproterozoic) 水母或者环节动物的化石。

    

类似的，上图左侧之化石取自南澳大利亚，是中元古代（Mesoproterozoic)水母的化石。上图右侧之化石也是采自南澳大利亚，可能是中元古代（Mesoproterozoic) 棘皮动物 (Echinoderm) 或者刺胞(Cnidarian) 动物之化石。



此图之化石同样采自南澳大利亚，可能是刺胞 (Cnidarian) 动物之化石。



地球上最早出现的动物，自然是软体动物，最早出现在元古宙 (Proterozoic)。在元古宙末期，也就是新元古代(Neoproterozoic) 的埃迪卡拉纪(Ediacaran)末期，地球上终于出现了带壳动物。上图就是最早的带壳动物之一的化石，取自北卡罗莱纳州。从软体动物到硬体动物属于质的飞跃。一般认为，地球上最早的硬体动物是在显生宙之古生代（Paleozoic）之寒武纪(Cambrian) 出现的，距今大约 5亿多年前。这些动物最先是带外壳的，以后逐渐进化成带骨的动物。