古生物比人類提前8000萬年懂得碳60結構的優勢,並用來裝備自己

2020-12-05 姿勢分子knowledge

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在宇宙中,碳是一種非常神奇的元素,擁有著大量的同素異形體。比如我們手中的鉛筆芯是石墨、結婚戒指上的鑽石,本質上都是碳,但是卻形成了不同的結構。在上學的時候,我們還學過一種碳的同素異形體,那就是足球碳。這種結構非常特殊,由60個碳原子構成了一個大分子團。20世紀末,人類首次發現了這種物質,並且進行了深入的研究。

不過,最近生物學家指出:雖然人類在幾十年前才發現這種物質結構,但早在8000萬年前,就有更古老的生物發現並且實際運用這個結構,幫助自己在自然界生存。

為了研究古生物在自然環境下的適應能力,來自西澳大利亞大學(UWA)和劍橋大學的研究小組利用特殊的繪圖技術,對兩種生活在白堊紀的海洋生物的結構進行了幾何還原。這兩種生物分別是猶因他海百合(Uintacrinus socialis)和囊百合(Marsupites testudinarius),都是棘皮動物門海百合綱的生物,生活在8000萬年前,也就是恐龍時代的晚期。

生物的外形對於它們在自然界的演化和生存非常重要,有些外形不太穩定、有些外形甚至根本不可能形成。只有那些合理並且合適的外形,才能讓生物持續生存下去。如果我們能夠還原古生物外形的立體拓撲結構(你可以簡單理解為幾何外形),就可以更好地理解生物的演化到底是向前走還是向後退。

(圖片說明:現代的海百合)

「活下去才是硬道理,」西澳大學古生物進化學家Aaron Hunter說,「球狀結構不僅可以承受較大的壓力,還能夠包裹住身體保護自身安全,又可以提供浮力。」

「海百合」的名字很有迷惑性,讓人誤解它們是植物。的確,它們的附肢(appendage)就像植物的葉子一樣漂浮在水面,又有像莖一樣的結構插進海底。但是,白堊紀這兩種海百合有力地反擊了這個觀點,它們根本沒有所謂的莖,在海底的石灰石沙土中安家,並且可以通過海水的洋流浮上來,尋找更安穩的住處。

「就這樣,這些動物散布到了全世界從美國德克薩斯州到西澳大利亞卡爾巴裡的白堊紀巖層中,我們都已經發現了這些動物。」Hunter告訴我們,「它們可能會像雪地靴一樣牢牢抓在海底,或者漂浮起來尋求更安全的住處。」

(圖片說明:猶因他海百合化石)

而能夠控制沉浮的球狀花萼,正是讓科學家們感興趣的地方。當他們仔細研究這些結構的造型時,竟然發現其表面還可以分為許多五邊形或者六邊形的小版塊。這樣的結構,讓他們想起了著名的足球烯。

足球烯又叫碳-60,也叫富勒烯、巴基球、富勒球碳,是由60個碳原子形成的立體球狀結構,在20世紀末被發現。它具有60個頂點和32個面,其中12個為正五邊形,20個為正六邊形。足球烯拓展了人類對碳原子所能形成結構的認知,具有很強的牢固性,因此被我們廣泛應用。在材料方面,我們合成碳納米管等非常堅固的結構作為未來人類使用的先進材料,本質上都是足球烯的原理。另外,建築學上還有一種叫做富勒球的結構,也和足球烯有異曲同工之妙(準確地說,足球烯的想法正是從富勒球來的,所以才叫富勒烯)。

(圖片說明:足球烯結構示意圖)

如今的這項發現,是人類首次在自然界發現類似結構的生物。雖然它們未必懂得化學、建築學、數學,但是卻憑藉著漫長歲月的演化,形成了這樣的結構,和人類的發現殊途同歸,但是卻比人類早了8000萬年的時間。

Hunter表示,這種足球烯結構是「我們第一次在化石中發現這樣的結構」,而至於這些生物為何沒有逃脫滅絕的命運,目前還是個謎。

另外的一個問題是:這樣複雜的結構是怎樣演化出來的呢?

(圖片說明:兩種海百合的化石呈現出足球烯的結構)

目前的研究顯示,這兩種海百合的生活時代有大約100萬年是重合的,也就是恐龍生活的時期。在那個時期,海洋捕食者也在不斷進化,出現了一些恐怖的獵食者,或許這是督促它們形成這樣牢固結構的動力。

奇怪的是,同樣演化出了這樣的結構,但兩種海百合卻有著不同的命運。研究人員通過建模發現,囊百合也演化出其他結構的可能性非常低,於是足球烯這樣的結構幾乎就成為了必然。

而對於猶因他海百合來說,情況就不一樣了。雖然它也演化出了足球烯的結構,但是其中的板塊既小又平,無法像囊百合的外殼一樣提供足夠的剛性。

或許,這就是導致兩種海百合命運截然不同的原因。

(圖片說明:富勒球建築,極大程度上減少表面積,並且結構更穩定)

說到這裡,我們就不得不討論近些年來比較熱門的一種說法,那就是進化論的翻譯問題。越來越多的人認為,進化論這種翻譯方式並不正確,因為這和英文本意並不相同。所謂的「進化」,本質上就是基因突變。但是,沒有基因知道自己變成什麼樣會更好。突變都是沒有方向的,然後經過自然的篩選,適合環境的留下來,而不是所謂好的或者壞的。因此,基因的突變無所謂好壞,也無所謂進退。這樣看來,演化論這種說法才更加貼切。

兩種海百合的命運,再一次向我們證明了這一點。物種的演化就像是一次瘋狂的豪賭,賭贏了就能生存下來,輸家最終退出歷史舞臺。

(圖片說明:兩種海百合生存的白堊紀海底)

事實證明,即使是足球烯這樣相對穩定的結構,即使囊百合的形狀更優,最終也還是沒能逃出滅絕的命運。如今,我們也只能在化石中看到這種遠古生物。它適合當時的環境,但是不適合後來的環境,我們又怎麼能說這就是「進」化呢?

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