即使是最古老的真核生物化石也顯示出令人眼花繚亂的多樣性和復雜性 _真核生物

DALL-E設想的古元古代一個柔和的夏夜
據加州大學圣巴巴拉分校（哈里森·塔索夫）：太陽剛剛落在澳大利亞北領地一個安靜的泥灘上；再過19個小時就會再次凝固。一輪新月赫然出現在荒涼的大地上。沒有動物在昏暗的光線下奔跑。沒有樹葉在微風中沙沙作響。裸露的巖石上沒有地衣。唯一的生命跡象是幾個水坑和池塘里的一些浮渣。其中生活著我們遠古祖先的多樣化微生物群落。
在一份關于保存精美的微化石的新報告中，加州大學圣巴巴拉分校和麥吉爾大學的研究人員揭示，真核生物甚至在16.4億年前就已經進化成了各種形式。這篇論文發表在《古生物學論文》雜志上，詳述了一組來自該群體進化史早期的真核生物化石。作者描述了四個新的分類群，以及在這些早期真核生物中已經存在的幾個高級特征的證據。
“這些是迄今為止發現的最古老的真核生物，”首席作者、UCSB地球科學部助理研究員利·安妮·雷德曼解釋道。"然而，即使在這些最初的記錄中，我們也看到了許多多樣性."
真核生物構成了生命的主要領域之一，包括植物、動物和真菌分支，以及細胞具有膜狀細胞核的所有其他類群，如原生生物和海藻。許多科學家認為早期的真核生物在古元古代晚期都非常相似，這種多樣化發生在大約8億年前。但是Riedman和她的合作者發現了令人高興的多樣化和復雜的化石，這些化石是將近兩倍古老的巖石中的角色。
科學家從以前的研究中知道，真核生物在這個時候已經進化了，但對它們在這個時代的多樣性知之甚少。因此，雷德曼在2019年底前往內陸。在一周內，她從一家勘探公司鉆取的八個巖芯中收集了大約430個樣本；它們現在存放在北領地地質調查局的圖書館里。用于這項研究的兩個巖芯跨越了大約500米的地層，或1.33億年，具有大約1500萬年的重要沉積。
里德曼帶著頁巖和泥巖回到了美國，它們是古老海岸生態系統的殘余，交替出現在淺水潮下泥灘和海岸瀉湖之間。氫氟酸浸泡溶解了基質巖石，濃縮了珍貴的微體化石，然后她在顯微鏡下進行分析。
“我們希望找到細胞壁具有有趣和不同特征的物種，”雷德曼說。她希望這些特征能夠揭示這段時間細胞內發生了什么。然而，要得出關于細胞內部的任何結論都需要大量的調查，因為化石只保存了細胞的外部。

Limbunyasphaera operculata是一個新物種，它顯示了一個通向細胞的小門。鳴謝:里德曼等人。
研究人員對這些化石中保存的多樣性和復雜性感到驚訝。他們記錄了26個分類群，包括10個以前沒有描述過的物種。研究小組發現了細胞骨架的間接證據，以及表明板形成于其中的內部囊泡存在的板狀結構——可能是高爾基體的祖先，存在于現代真核細胞中。其他微生物的細胞壁由束縛纖維構成，類似地表明存在復雜的細胞骨架。
作者還發現了帶有一個小活板門的細胞，這是某種復雜程度的證據。一些微生物可以形成一個包囊來等待不利的環境條件。為了浮出水面，它們需要能夠在它們的保護殼上蝕刻出一個開口。制作這扇門是一個專門的過程。
“如果你要產生一種溶解細胞壁的酶，你需要非常小心地使用這種酶，”里德曼說。“因此，在最早的真核生物記錄中，我們看到了一些令人印象深刻的復雜程度。”
該領域的許多人都認為這種能力是后來才出現的，這一集合中的證據進一步強調了真核生物在早期是多么多樣和先進。“一直以來的假設是，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巖石，”加州大學圣巴巴拉分校地球科學教授、合著者蘇珊娜·波特說。
這篇論文是研究早期真核生物進化的大型項目的一部分。雷德曼和波特想知道早期真核生物在什么環境下多樣化，它們為什么會在那里，何時遷移到其他地方，以及它們需要什么樣的適應來填補這些新的生態位。
這項工作的很大一部分涉及到理解真核生物的不同特征是何時首次出現的。例如，作者非常有興趣了解這些生物是否適應有氧或缺氧環境。前者表明他們有有氧代謝，可能還有線粒體。每一個被發現的現代真核生物都是擁有線粒體的祖先的后代。這表明真核生物很早就獲得了細胞器，這提供了一個顯著的優勢。
里德曼和波特目前正致力于對真核生物隨時間變化的多樣性進行新的解釋。他們還從西澳大利亞和明尼蘇達州收集了更古老的樣本。與此同時，他們在麥吉爾的地球化學家合作者正在帶頭研究氧氣水平和偏好的真核生物棲息地，這些方面可能會揭示它們的進化。
“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始，”雷德曼說。