探秘前寒武紀地質時代的古老化石

地球在46億年前從星際塵埃雲中凝結形成， 這標誌著一個巨大的地質年代的開始，稱為前寒武紀時期。此時的地球，空氣中的氧氣含量很低，呼吸成為不可能的事情，既沒有動物也沒有植物。

從太空中看，今天我們熟悉的大陸在那時都不存在，陸地的形狀和排列是完全不同的。

前寒武紀持續了40億年的時間，是隨後的顯生宙的8倍。

前寒武紀見證了地球環境的深刻變化：在最初的5億年裡 地球處於不斷被流星轟炸的狀態，使得生命無法出現。然而，最終，流星風暴減弱了，我們的地球獲得了更穩定的表面。液態水和二氧化碳都存在，但氧氣含量很低。生命就是在這種環境下起源的，可能是39億年前，儘管已知的最古老的化石要年輕得多，只有34.5億年的歷史。

這些微小的化石類似於現代藍藻，只是前寒武紀地球上繁衍的多種微生物之一。微生物群落，除了藍藻之外，還包括細菌，有時會結合起來捕捉沉積物，並產生類似丘陵的層狀結構，稱為氣孔石。只有這樣，它們才會形成足夠大的化石，容易被人注意到。

疊層石是前寒武紀的一個標誌。它們的數量在12.5億年前達到頂峰，但今天仍然可以在特殊的地方找到它們。

細菌和藍藻以各種方式製造生命所需的能量。其中之一是通過光合作用，這一過程將氧氣釋放到大氣中。前寒武紀生物產生的氧氣最初是被溶解在海洋中的鐵所吸收的。氧化鐵以礦物血鐵礦和磁鐵礦的形式沉入海床，形成了巨大的帶狀鐵層。這些具有重要商業價值的礦床是在24億年前發生的所謂 "大氧化事件 "期間形成的。然而，最終，用於吸收氧氣的鐵在很大程度上被耗盡，氧氣得以在海洋和大氣中積累。氧氣含量的增加為更高級的生物進化鋪平了道路，包括真菌、植物和具有大型多細胞體的動物。

複雜動物出現在地球上的確切時間仍是一個科學爭論的問題。通過對現代動物分子序列之間的差異進行校準，一些生物學家認為，大型動物的化石應該存在於10億年前的巖石中。然而，目前已知的最古老的符合要求的化石來自前寒武紀末期的埃迪卡拉時期（6.35-5.42億年）。埃迪卡拉化石既包括奇蹟般地保存下來的胚胎，也包括一些體積較大的奇特褶皺化石。

地球生命起源究竟於什麼？這是一個令無數科學家苦苦探尋的問題，至今為止還遠未找出答案。

目前掌握的化石證據顯示，所有超過6億年的生物體化石都是體積微小、結構簡單的東西，它們最接近現代的細菌。

頂燧石

目前世界上已發現的最古老化石採集於澳洲西部，來自一種名為「頂燧石」玻璃質巖石。它是由古生物學者威廉·肖普夫教授發現的。

根據從相關的火山巖中獲得的放射性年代，估計其年齡約為34.65億年。化石本身是細小的絲狀物，肖普夫教授推測它可能是藍藻。

頂燧石化石

由於它們的直徑不到百分之一毫米，所以在巖石表面無法看到它們，只有在將灰巖碎片研磨成薄片後，用顯微鏡才能看到它們，而光也會通過這些薄片。這些薄片顯示了豐富的蜿蜒管狀細絲的存在，深褐色或黑色，通常沿其長度被橫壁分割。肖普夫教授能夠區分出11種不同類型的細絲，他認為每一種細絲都是一個獨特的物種。

「頂燧石」化石一經出現就成為科學家們激烈爭論的焦點。一些人支持肖普夫教授的論點，認為它們是真正的化石，但另一些人則認為它們是無機物。

這場爭論凸顯了一個更廣泛的問題，即，如何區分生物化石和非生物、無機結構？

複雜的化石並不難辨認，比如，三葉蟲複雜的骨架怎麼可能不是一個曾經的生物體的化石呢？然而，像「頂燧石」絲這樣的簡單結構則是另一回事。

支持它們被解釋為化石的證據來自於它們與一些現代藍藻在外觀上的相似性，也來自於它們的化學成分，肖普夫教授確定它們是碳原，一種通常由生物體內的有機化合物分解形成的碳。

然而，反對者們指出，一些絲狀物具有與現代藍藻不同的分枝結構，並聲稱這些 "化石「只是巖石中被無機礦物填充的毛細裂縫。

雖然對「頂燧石」化石絲狀物的最終結論還沒有出來，而且可能還要等很久，但其他化學證據證明，35億年前，地球上已經存在生命。

疊層石

疊層石是地球生命史上最重要的生物之一。其染色體不是單一的動物，而是由多代藍藻和其它微生物捕捉和結合沉積物而形成的群落，它們在巖石狀的構造中構建了獨特的分層柱。

疊層石

作為地球上最早的生命形式之一，疊層石至今仍然存活著，它們的化石記錄可以追溯到令人難以置信的35億年前，而且它們可能比這更古老。

疊層石在世界淺海統治了驚人的30億年，通過克隆和建立厚厚的沉積物進行無性繁殖，創造了一個疊層石的涅槃世界。它們似乎勢不可擋，利用水與二氧化碳和陽光製造糖類來為自己的生長提供燃料（基本上與現代植物的光合作用相同），並在此過程中產生了氧氣。

最初，這些氧氣與溶解在世界海洋中的鐵結合，形成了不溶性的鐵層，沉澱在海底。這些鐵帶構成了世界上絕大部分的鐵礦石。只有當海洋中的大部分溶解鐵被消耗掉，大氣中的游離氧水平才會開始建立，從而導致 "大氧化事件"。

「大氧化事件」是複雜的氧氣呼吸和有性繁殖生命形式進化所需的一種重要突破，這些生命形式很快就主導了地球上的生命。

疊層石剖析

有一種理論認為，疊層石中的厭氧細菌無法保護自己免受更複雜的氧氣呼吸生物的掠奪，它們的霸主地位也就結束了。事實上，如今的疊層石地區已經淪為極度鹽鹼化的瀉湖，動物無法在那裡生存。

這樣看來，疊層石幫助建立了地球的富氧世界，支持了我們今天所知道的廣泛的生命多樣性。然而，在這樣做的過程中，它們造成了自己的邊緣化-雖然不是滅絕，但被迫生活在生存的邊緣。

陡山沱組化石

化石記錄對那些沒有堅硬骨架的動物來說，是一種很難遇見的留存。只有在特殊的情況下，軟體動物才會被保存下來，而能夠發現這種化石的地點被稱為化石庫。

中國5.8-5.6億年前的陡山沱組是世界上最引人注目的化石庫，它們分布在滇東、桂北、黔東、川西、湘北、鄂西及大巴山等地。

陡山沱組化石

陡山沱組的軟體化石保存得非常詳細。利用高能掃描技術，甚至可以識別單個細胞。這種非凡的保存方式要歸功於一種叫做磷化的過程：用鹽類代替瀕臨死亡的細胞，從而使其不易腐爛和破壞。由此產生的化石幫助古生物學家在重建動物生命起源時填補了空白。

在大約5.4億年前的寒武紀大爆炸中，複雜的多細胞動物骨骼化石突然出現，但這種明顯的動物多樣性激增可能代表了硬骨骼的採用，而不是生命本身的多樣化。對DNA的分析支持了這一點，顯示動物的進化是在大約7.8億年前，從具有用於推進的鞭狀結構的單細胞生物開始的。

顯然，在動物生命的起源與動物在化石記錄中明確出現之間有很大的滯後性，這就是為什麼陡山沱組化石如此重要的原因。

在陡山沱組，科學家們發現了保存精美的化石，這些化石驚人地類似於現代動物的胚胎。它們的形狀是由相鄰的細胞形成的，這說明它們有一層柔性的膜，而不是藻類或真菌的剛性膜。細胞的數量總是以2的冪級數（1、2、4、8等）為特徵的胚裂，而且它們比其他類型的細胞大。

這些非常古老的軟體化石可以有各種不同的解釋，它們代表著最古老的動物化石的觀點也受到了質疑。

在爭論不休的時候，科學家在同步加速器的高功率粒子加速器中對一些化石進行了分析。所產生的圖像具有前所未有的解析度，不僅揭示了繁殖細胞的結構，還揭示了細胞內部看起來像細胞核的結構。

如果是這樣，它們就不符合它們是胚胎的說法。如果不是細菌、藻類、真菌或動物胚胎，這些非凡的化石是什麼呢？

有人認為它們是一種生命形式，更類似於一種寄生蟲，它在囊腫內繁殖細胞，然後以 "孢子 "的形式分裂，繁殖下一代。

前寒武紀的悖論：埃迪卡拉生物群

1946年，地質學家在南澳大利亞的埃迪卡拉山吃午飯時，發現了有史以來最重大的化石。

斯普瑞格在近6億年前的巖石中發現了一些奇特的、類似水母的印記。在寒武紀大爆發之前，這些埃迪卡拉生物群化石仍然令古生物學家感到困惑。

之前在紐芬蘭和納米比亞也曾發現過類似的化石，但由於對它們的年齡，或存在是否真的是化石的懷疑，令這些化石很少引起人們的注意。

事實上，直到在英國查伍德森林發現了另一種埃迪卡拉型化石，其巖石的年代被確定為前寒武紀晚期之後，埃迪卡拉化石才成為科學家們研究的一個重點。

埃迪卡拉生物群化石

埃迪卡拉生物群化石有什麼奇特之處呢？

首先，它們沒有任何硬骨骼的痕跡，因此不像寒武紀大爆炸後，在稍晚的巖石中發現的帶殼動物。

第二，埃迪卡拉生物群化石始終無法與今天生活的任何生物進行密切的比較。它們中的一些隱約類似於扁平水母，但缺乏觸角來佐證這一觀點。其他的化石則是葉狀的，導致早期學者認為它們是現代海筆的親戚。然而，這種想法是站不住腳的，因為這種化石的實心葉片不像海筆的多葉狀枝條。

三星盤蟲化石

除此之外，還有一些陌生的埃迪卡拉化石存在。狄更遜水母看起來就像一個盤狀的蠕蟲，身體是分段的。狄更遜水母的化石標本大小不一，從幾釐米到一米多不等，但形狀卻沒有太大變化，這本身就很不尋常。另一種盤狀的化石三星盤蟲，其中心結構有三葉。

關於這些奇異化石的身份，目前還沒有達成共識。它們是動物、植物，還是像一位著名古生物學家所說的那樣，是一種地衣？

一些科學家認為它們代表了今天仍然生活在動物界的原始祖先，而另一些科學家則認為它們屬於早已滅絕的一個獨特的褶狀生物群體。

關於它們是如何生活的也有爭論。它們是通過光合作用獲得能量，還是像許多生活在海中的現代動物一樣以浮遊生物為食，還是直接從海水中吸收溶解的有機化合物為生？另一派觀點認為，至少有部分埃迪卡拉化石是以微生物墊（藍藻和其他微生物組成的複雜絲狀網）為食的動物。