为什么深海给了第一个大的复杂的生物生命

为什么深海给了第一个大的复杂的生物生命

起初，生命很小。数十亿年来，地球上的所有生命都是微观的，主要由单个细胞组成。然后，大约在5.7亿年前，包括身体柔软、像海绵一样长达一米的动物在内的复杂生物突然复活。1500万年以来，这种规模和复杂性的生命只存在于深水中。

长期以来，科学家们一直在质疑为什么这些生物会出现在它们出现的时间和地点:在光线和食物匮乏的深海中，而当时地球大气中的氧气特别缺乏。12月12日，斯坦福大学(Stanford University)在同行评议的《英国皇家学会学报B》(Proceedings of the Royal Society B)上发表的一项新研究表明，海洋深处更稳定的温度，让这些蓬勃发展的生命形式能够充分利用有限的氧气供应。

所有这些都很重要，部分原因是了解埃迪卡拉纪这些海洋生物的起源，是为了发现生命进化中缺失的环节，甚至是我们自己的物种。这篇论文的第一作者、斯坦福大学地球、能源与环境科学学院(Stanford Earth)地质科学博士生汤姆·博格(Tom Boag)解释说:“没有复杂的生命，就不可能有智能生命。”

这项新研究是一项小规模但不断增长的努力的一部分，目的是应用动物生理学知识，在不断变化的环境中理解化石记录。这些信息可能有助于了解未来能够在不同环境中生存的生物种类。“引进这个数据从生理、治疗的生物生活,呼吸的东西,试图解释如何使它通过一天或生殖周期不是大多数古生物学家和地球化学家通常接近这些问题,”埃里克·斯珀林说,这篇论文的主要作者和地质科学助理教授。

在此之前，科学家们已经建立了一个理论，认为动物有一个适宜的温度，在这个温度下，它们可以用最少的氧气茁壮成长。根据这一理论，在较冷或较暖的温度下，氧气的需要量比适宜的培养基要高。为了在一种让人联想到埃迪卡拉深海生物的动物身上验证这一理论，Boag测量了海葵的氧气需求，海葵凝胶状的身体和通过皮肤呼吸的能力与从埃迪卡拉海洋中收集的化石的生物学非常相似。“我们认为，随着气温升高，它们耐受低氧的能力会变得更差。”这种现象在鱼类、龙虾和螃蟹等更复杂的动物身上也观察到了。科学家不确定更冷的温度是否也会影响动物的耐受性。但事实上，当实验池的温度超出它们的舒适区时，海葵需要更多的氧气。

这些因素加在一起，使Boag和他的同事们怀疑，与海葵一样，埃迪卡拉生物也需要稳定的温度才能最有效地利用海洋有限的氧气供应。

埃迪卡拉动物在寒冷的深海比在温暖的浅水中更难利用氧气，因为在寒冷的海水中，气体扩散到组织的速度要慢得多。寒冷的动物需要消耗更多的能量，只是为了让含氧海水通过它们的身体。但由于缺乏可用的氧气，深海埃迪卡拉海的稳定弥补了这一不足。在浅水区，太阳和季节的更替会造成温度的剧烈波动——现代海洋的温度最高可达10摄氏度(50华氏度)，而在一公里以下的深度，温度的季节性变化不到1摄氏度。62英里)。斯珀林解释说:“在浅水区，温度的变化每天和每年都要快得多。”

在一个氧气含量低的世界里，动物无法调节自己的体温，无法忍受在它们的体温之外如此有规律地摆动的环境。斯坦福大学的研究小组与耶鲁大学的同事们合作提出，这种变化对避难所的需求可能决定了大型动物可以在哪里进化。“唯一温度一致的地方是深海，”斯珀林说。在一个氧气有限的世界里，新进化的生命需要尽可能有效率，而这只有在相对稳定的深度才能实现。“这就是为什么动物会出现在那里，”他说。