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为什么深海给第一个大而复杂的生物带来生命

一开始,生活很小。数十亿年来,地球上的所有生命都是微观的,主要由单细胞组成。然后突然,大约5.7亿年前,复杂的生物体,包括长达一米多的柔软海绵状体的动物,栩栩如生。而在1500万年中,这种规模和复杂性的生命只存在于深水中。

长期以来,科学家一直在质疑为什么这些生物出现在何时何地出现:在地球大气中的氧气供应特别短暂的时候,在光线和食物稀缺的深海中。12月12日,斯坦福大学在同行评审的英国皇家学会会刊B上发表的一项新研究表明,海洋深度更稳定的温度使得迅速发展的生命形式能够充分利用有限的氧气供应。

所有这一切都很重要,部分原因是因为从埃迪卡拉时期了解这些海洋生物的起源,就是要揭示生命进化,甚至是我们自己物种的缺失环节。“没有复杂的生活,你就无法拥有聪明的生活,”该论文的第一作者,斯坦福大学地球能源与环境科学学院(斯坦福大学)的地质科学博士候选人汤姆博格解释说。

这项新研究是为了应用动物生理学知识在不断变化的环境中理解化石记录的一小部分但不断增长的努力的一部分。这些信息可以揭示将来能够在不同环境中生存的有机体种类。

“从生理学中获取这些数据,将生物体视为活体,呼吸物体并试图解释它们如何通过一天或生殖周期来解释它们并不是大多数古生物学家和地球化学家通常会接近这些问题的方式,”Erik说。斯珀林,该论文的资深作者和地质科学助理教授。

金发姑娘和温度变化

此前,科学家们已经推测,动物的最佳温度可以使用最少量的氧气来茁壮成长。根据该理论,在温度较低或温度高于快乐介质的温度下,氧气需求量较高。为了在动物中测试这种理论,让人想起埃迪卡拉海洋深处的繁荣,Boag测量了海葵的氧气需求,海藻的凝胶体和通过皮肤呼吸的能力与埃迪卡拉海洋采集的化石的生物学密切相关。

“我们认为,随着温度的升高,他们耐受低氧的能力会变得更糟。在鱼类,龙虾和螃蟹等更复杂的动物身上观察到这种情况,”Boag说。科学家们不确定较冷的温度是否会对动物的耐受性造成压力。但事实上,当实验坦克的温度偏离其舒适区域时,海葵需要更多的氧气。

总之,这些因素使得Boag和他的同事们怀疑,像海葵一样,Ediacaran生活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。

避难深度

对于Ediacaran动物来说,使用冷水深海水中存在的少量氧气比使用较温暖的浅海水更难,因为气体在较冷的海水中更慢地扩散到组织中。寒冷中的动物必须花费更多的能量才能将含氧海水通过它们的身体。

但它缺乏可用的氧气,埃迪卡拉海洋深处弥补了稳定性。在浅滩中,太阳和季节的通过可以在温度上产生巨大的波动 - 在现代海洋中可以达到10摄氏度,而在一公里(.62英里)以下的深度低于1摄氏度的季节变化。“在浅水区,每天和每年的气温变化都要快得多,”斯珀林解释道。

在低氧水平的世界中,无法调节自身体温的动物无法经受一个经常在金发姑娘温度以外摆动的环境。

斯坦福大学的团队与耶鲁大学的同事合作,提出对这种变化的避风港的需求可能决定了大型动物可以进化的地方。“温度最稳定的唯一地方是深海,”斯珀林说。在氧气有限的世界中,新演变的生命需要尽可能高效,而且只能在相对稳定的深度才能实现。“这就是动物出现在那里的原因,”他说。

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