為什麼深海給了第一個大的複雜的生物生命

為什麼深海給了第一個大的複雜的生物生命

起初，生命很小。數十億年來，地球上的所有生命都是微觀的，主要由單個細胞組成。然後，大約在5.7億年前，包括身體柔軟、像海綿一樣長達一米的動物在內的複雜生物突然復活。1500萬年以來，這種規模和複雜性的生命只存在於深水中。

長期以來，科學家們一直在質疑為什麼這些生物會出現在它們出現的時間和地點:在光線和食物匱乏的深海中，而當時地球大氣中的氧氣特別缺乏。12月12日，斯坦福大學(Stanford University)在同行評議的《英國皇家學會學報B》(Proceedings of the Royal Society B)上發表的一項新研究表明，海洋深處更穩定的溫度，讓這些蓬勃發展的生命形式能夠充分利用有限的氧氣供應。

所有這些都很重要，部分原因是了解埃迪卡拉紀這些海洋生物的起源，是為了發現生命進化中缺失的環節，甚至是我們自己的物種。這篇論文的第一作者、斯坦福大學地球、能源與環境科學學院(Stanford Earth)地質科學博士生湯姆·博格(Tom Boag)解釋說:「沒有複雜的生命，就不可能有智能生命。」

這項新研究是一項小規模但不斷增長的努力的一部分，目的是應用動物生理學知識，在不斷變化的環境中理解化石記錄。這些信息可能有助於了解未來能夠在不同環境中生存的生物種類。「引進這個數據從生理、治療的生物生活,呼吸的東西,試圖解釋如何使它通過一天或生殖周期不是大多數古生物學家和地球化學家通常接近這些問題,」埃里克·斯珀林說,這篇論文的主要作者和地質科學助理教授。

在此之前，科學家們已經建立了一個理論，認為動物有一個適宜的溫度，在這個溫度下，它們可以用最少的氧氣茁壯成長。根據這一理論，在較冷或較暖的溫度下，氧氣的需要量比適宜的培養基要高。為了在一種讓人聯想到埃迪卡拉深海生物的動物身上驗證這一理論，Boag測量了海葵的氧氣需求，海葵凝膠狀的身體和通過皮膚呼吸的能力與從埃迪卡拉海洋中收集的化石的生物學非常相似。「我們認為，隨著氣溫升高，它們耐受低氧的能力會變得更差。」這種現象在魚類、龍蝦和螃蟹等更複雜的動物身上也觀察到了。科學家不確定更冷的溫度是否也會影響動物的耐受性。但事實上，當實驗池的溫度超出它們的舒適區時，海葵需要更多的氧氣。

這些因素加在一起，使Boag和他的同事們懷疑，與海葵一樣，埃迪卡拉生物也需要穩定的溫度才能最有效地利用海洋有限的氧氣供應。

埃迪卡拉動物在寒冷的深海比在溫暖的淺水中更難利用氧氣，因為在寒冷的海水中，氣體擴散到組織的速度要慢得多。寒冷的動物需要消耗更多的能量，只是為了讓含氧海水通過它們的身體。但由於缺乏可用的氧氣，深海埃迪卡拉海的穩定彌補了這一不足。在淺水區，太陽和季節的更替會造成溫度的劇烈波動——現代海洋的溫度最高可達10攝氏度(50華氏度)，而在一公里以下的深度，溫度的季節性變化不到1攝氏度。62英里)。斯珀林解釋說:「在淺水區，溫度的變化每天和每年都要快得多。」

在一個氧氣含量低的世界裡，動物無法調節自己的體溫，無法忍受在它們的體溫之外如此有規律地擺動的環境。斯坦福大學的研究小組與耶魯大學的同事們合作提出，這種變化對避難所的需求可能決定了大型動物可以在哪裡進化。「唯一溫度一致的地方是深海，」斯珀林說。在一個氧氣有限的世界裡，新進化的生命需要儘可能有效率，而這隻有在相對穩定的深度才能實現。「這就是為什麼動物會出現在那裡，」他說。

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