加州大學聖塔芭芭拉分校和麥基爾大學的研究人員發現，16.4 億年前，真核生物已經發展出多種形態。在澳洲北領地一片寧靜的泥灘上，太陽剛落下；再過19 個小時，太陽又將落下。一輪明月高懸在荒涼的土地上。沒有動物在微弱的光線下竄來竄去。沒有樹葉在微風中沙沙作響。裸露的岩石上沒有地衣覆蓋。唯一的生命跡像是一些水坑和池塘中的浮渣。在這些浮渣中，生活著我們古代祖先的各種微生物群落。

加州大學聖塔芭芭拉分校和麥吉爾大學的研究人員在對保存完好的微化石進行的一項新研究中發現，真核生物甚至在16.4 億年前就已經進化成了多種多樣的形態。這篇發表在《古生物學論文》（Papers in Paleontology）雜誌上的論文講述了真核生物進化歷史早期的一系列化石。作者描述了四個新的類群，以及在這些早期真核生物中已經存在的若干高級特徵的證據。

第一作者、加州大學柏克萊分校地球科學系助理研究員莉-安妮-里德曼（Leigh Anne Riedman）解釋：「這些是迄今發現的最古老的真核生物。然而，即使在這些最早的記錄中，我們也看到了很多多樣性。”

真核生物是生命的主要領域之一，包括植物、動物和真菌支系，以及所有其他細胞具有膜核的類群，如原生動物和海藻。許多科學家曾認為，在古近紀晚期，早期真核生物都相當相似，大約在8 億年前出現了分化。但是，里德曼和她的合著者卻在近兩倍於這段時期的岩石中發現了種類繁多、結構複雜的化石。

科學家從過去的研究中得知，真核生物在這段時期已經進化，但對這段時期的多樣性卻知之甚少。於是，Riedman 在2019 年底前往內陸地區。一週之內，她就從一家勘探公司鑽探出的八個岩心中收集到了約430 個樣本；這些樣本現在存放在北領地地質調查局的圖書館中。這項研究使用的兩個岩芯跨越了大約500 公尺的地層，即1.33 億年，其中有大約1500 萬年的重要沉積。

里德曼帶著頁岩和泥岩回到了美國，這些頁岩和泥岩是古代海岸生態系統的殘留物，在淺海潮下泥灘和海岸潟湖之間交替出現。她在氫氟酸中浸泡，溶解了基質岩石，濃縮了珍貴的微化石，然後在顯微鏡下分析。

“我們希望找到細胞壁具有有趣和不同特徵的物種，”里德曼說。她希望這些特徵能揭示這段時期細胞內部發生了什麼事。不過，由於化石只保留了細胞的外部，要對細胞內部得出任何結論都需要大量的調查。

研究人員對這些化石所保存的多樣性和複雜性感到驚訝。他們記錄了26 個類群，其中包括10 個以前未曾描述過的物種。研究團隊發現了細胞骨架的間接證據，也發現了板狀結構，這表明存在形成板的內部囊泡–也許是現代真核細胞中高爾基體的祖先。其他微生物的細胞壁是由束縛纖維構成的，這也顯示有複雜的細胞骨架。

作者還發現了帶有微小活門的細胞，證明了細胞的複雜程度。有些微生物會形成一個囊腫，等待不利的環境條件。為了鑽出來，它們需要在自己的保護殼上蝕出一個開口。製造這扇門是一個專門的過程。”如果要產生一種能溶解細胞壁的酶，就需要非常小心地使用這種酶，」里德曼說。”因此，在真核生物最早的記錄之一中，我們看到了一些令人印象深刻的複雜程度。”

該領域的許多人都認為這種能力是後來才出現的，而這一組合中的證據進一步強調了即使在這一早期階段，真核生物的多樣性和先進性。”人們一直認為這大約是真核生物出現的時間。現在我們認為，人們只是沒有探索更古老的岩石，”合著者、加州大學聖巴巴拉分校地球科學教授蘇珊娜-波特（Susannah Porter）說。

研究意義

這篇論文是研究早期真核生物演化的大型計畫的一部分。里德曼和波特想知道早期真核生物是在什麼樣的環境中進行多樣化的，它們為什麼會在那裡，它們是什麼時候遷移到其他地方的，以及它們需要什麼樣的適應性才能填補這些新的壁龕。

這項工作的很大一部分涉及了解真核生物的不同特徵是何時首次出現的。例如，作者很想知道這些生物是適應含氧環境還是缺氧環境。前者顯示它們有有氧代謝，可能還有粒線體。已發現的每一種現代真核生物都是擁有粒線體的祖先的後代。這表明真核生物很早就獲得了粒線體，而且粒線體提供了顯著的優勢。

里德曼和波特目前正在對真核生物的多樣性進行新的研究。他們還從西澳大利亞州和明尼蘇達州收集了更古老的樣本。同時，他們在麥吉爾大學的地球化學合作者正在帶頭研究氧氣水平和真核生物的喜好棲息地，這些方面都可以揭示真核生物的進化過程。

雷德曼說：”這些結果指示我們去尋找更古老的材料，更古老的真核生物，因為這顯然不是地球上真核生物的開端。”

編譯來源：ScitechDaily