為什么深海給第一個龐大而復(fù)雜的生物帶來了生命？

起初，生命是渺小的。幾十億年來，地球上所有的生命都是微觀的，主要由單細胞組成。然后，突然，大約5.7億年前，復(fù)雜的生物，包括一米多長的柔軟海綿動物，復(fù)活了。在1500萬年里，如此規(guī)模和復(fù)雜的生命只存在于深水中。

長期以來，科學(xué)家們一直在質(zhì)疑，為什么這些生物會在何時何地出現(xiàn)：當(dāng)?shù)厍虼髿庵械难鯕夤?yīng)特別短缺的時候，在光線和食物匱乏的深海中。12月12日，斯坦福大學(xué)發(fā)表在同行評議的《皇家學(xué)會學(xué)報B》上的一項新研究表明，海洋深處更穩(wěn)定的溫度使新興的生命形式能夠充分利用有限的氧氣供應(yīng)。

所有這些都很重要，部分原因是了解埃迪卡拉紀(jì)這些海洋生物的起源是為了揭示生命進化甚至我們自己物種缺失的環(huán)節(jié)。本文第一作者、斯坦福大學(xué)地球能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院(斯坦福地球)地球科學(xué)博士候選人湯姆伯杰(Tom Berger)解釋說：“沒有復(fù)雜的生活，就不可能有聰明的生活。

這項新研究是應(yīng)用動物生理學(xué)知識來理解不斷變化的環(huán)境中的化石記錄的小規(guī)模但不斷增長的努力的一部分。這些信息可以揭示未來可以在不同環(huán)境中生存的生物種類。

埃里克說：“從生理學(xué)中獲取這些數(shù)據(jù)，將生物體視為生命體、呼吸物體，并試圖解釋它們?nèi)绾瓮ㄟ^一天或一個生殖周期來解釋它們，這不是大多數(shù)古生物學(xué)家和地球化學(xué)家通常能夠解決這些問題的方法。本文資深作者、地質(zhì)科學(xué)助理教授斯珀林。

金發(fā)姑娘和溫度變化

此前，科學(xué)家們推測，動物的最佳溫度可以用最少的氧氣來茁壯成長。根據(jù)這一理論，當(dāng)溫度低于或高于快樂培養(yǎng)基的溫度時，氧氣需求更高。為了在動物身上檢驗這一理論，并提醒人們埃迪卡拉紀(jì)海洋深處的繁榮，博格測量了?？男柩趿?。海藻的凝膠和它通過皮膚呼吸的能力與埃迪卡拉紀(jì)海洋中收集的化石的生物學(xué)密切相關(guān)。

“我們認(rèn)為，隨著溫度的升高，它們耐受缺氧的能力會變差。這種情況在魚、龍蝦和螃蟹等更復(fù)雜的動物身上觀察到了，”博鰲說。科學(xué)家們不確定更冷的溫度是否會給動物的耐受性帶來壓力。但事實上，當(dāng)實驗艙的溫度偏離其舒適區(qū)時，?？枰嗟难鯕?。

總之，這些因素讓博阿格和他的同事們懷疑，像?？粯樱５峡ɡo(jì)需要一個穩(wěn)定的溫度來最有效地利用海洋中有限的氧氣供應(yīng)。

避難深度

對于埃迪卡拉動物來說，在冷水和深海水中使用少量氧氣比在溫暖的淺水中更困難，因為氣體在較冷的海水中擴散到組織中的速度更慢。寒冷的動物只需要消耗更多的能量，就能讓含氧的海水通過它們的身體。

但是它缺乏可用的氧氣，埃迪卡拉紀(jì)海洋的深度彌補了它的穩(wěn)定性。在淺灘上，太陽的經(jīng)過和季節(jié)的變化會產(chǎn)生巨大的溫度波動——在現(xiàn)代海洋中可以達到10攝氏度，而一公里(0.62英里)以下的深度不到1攝氏度?！霸跍\水區(qū)，溫度每天和每年的變化都要快得多，”斯珀林解釋道。

在低氧水平的世界里，不能調(diào)節(jié)體溫的動物無法承受經(jīng)常擺脫金發(fā)姑娘溫度的環(huán)境。

斯坦福大學(xué)的團隊與耶魯大學(xué)的同事合作，提出對這種變化的避風(fēng)港的需求可能決定大型動物可以在哪里進化?！拔ㄒ粶囟茸罘€(wěn)定的地方是深海，”斯珀林說。在氧氣有限的世界里，新進化的生命需要盡可能高效，只有在相對穩(wěn)定的深度才能實現(xiàn)?！斑@就是動物在那里的原因，”他說。

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