星空中的人最怕什么,最怕挖到看似不属于该时代的文物,比如三星球的文物,长得跟穿越过来的一样。
对此若水慢慢地表示,早已经习惯了,只要见识过史前海洋生物化石的,再看见什么都不会新奇。
七七啥没有经历过?连3亿年前的“螺丝”都见过,还是镶嵌在陨石里面的“螺丝”。
三星球有个的神奇文物,仿佛是外星文明的“螺丝”,代表了生命演化史上热闹的海洋世界。
那时一个充满创造力的时代,生物们展现了自己无限的演化潜能,告诉了后世的人类,生物多样性到底是怎么一回事。
细看这颗“螺丝”,回到亿万年前的地球海洋。远古热闹的海洋3亿年前的螺丝,这意味着什么?
要知道,最早提出螺丝这个概念的是地外星2000多年前古希腊的阿基米德,真正将螺丝生产出来,已经是地外星18世纪的事情了。
3亿年前,地外星还处于石炭纪,这个时候脊椎动物才登陆不久,正处于两栖形态。
植物在陆地上肆意生长,整个地球的含氧量达到历史新高。
节肢动物制霸着陆地,是名副其实的“巨虫”。
石炭纪的陆地,一派生机勃勃,但没有任何文明。敢问这样的时代如何诞生螺丝?更令人百思不得其解的是,这截螺丝镶嵌在一枚陨石里面,仿佛在说,它是天外来客。
那么这枚螺丝真的是哪个星星人们的杰作吗?
根据螺丝进行了成分分析,分析结果显示它生前是有机生物,难道是建国之前动物成“螺丝精”了?
恐怕不是,因为古生物学家们很快找到了螺丝的真身,一种史前生物——海百合。
百合是一种植物,海百合是开在海里的百合花吗?
并不是,海百合是一种动物,在寒武纪物种大爆发的时候就已经出现,算是元老级生物。
更神奇的还是,直到今天,海百合依然存在地外星,在这个星球上现存有600多种。
石炭纪是海百合最繁盛的时代,它们遍布当时海洋的每个角落。
海百合虽然属于棘皮动物,但是却长得非常像植物,仿佛是水中绽开的百合花一样。
海百合的“根”将它们固定在海底、礁石、甚至生物的遗骸上。
海百合的触手组成了“花瓣”,在水中摇曳,这并不是它在跳舞,而是它在利用这些触手搜刮海洋中的营养物,比如浮游生物、海藻等。
连接海百合“根”以及“花瓣”的自然就是它的“茎”,它是海百合的身体,“花瓣”获得的营养会通过它输送到每个细胞。
为了加固自己的身体,海百合将“茎”进化成了环节状,就像洗衣机的排水管,可以伸缩,这样有助于它们扩大捕猎范围。
海百合并不像植物一样不挪窝,有些种类是会在海中自由游动的,前往食物更加丰富的海域。
作为无脊椎动物,海百合就像一坨会游动的美味。
石炭纪的海洋里充满了各种鱼类,它们的下颌早已经进化完全,可以一口吃下柔弱的海百合。
因此有一部分海百合像刺胞动物们学习,进化出了毒刺。
作为无脊椎动物,海百合如果死亡,最先腐烂的就是它的触手部分,而最容易被保留下来的,恰恰是它的“茎”。
只不过很多海百合化石是平面的,看不出“茎”是螺丝状,这枚陨石的海百合是难得的“3D立体”。
专家推测,这截镶嵌在陨石中的海百合,很有可能是天外来客撞击地球,刚好这一块陨石撞在了浅海。
由于在大气中摩擦生热,陨石处于炽热的状态,砸的这一下就把海百合给包裹了进去,海百合自然是当场就死亡了。
之后陨石冷却,把这一截海百合的遗骸一直封锁在里面,直到3亿年后,才被人类发现。
随便一颗陨石都能砸中海百合,可想而知在石炭纪的海洋里,海百合是多么繁盛。
远古的海百合种类就有3000种以上,并且触手的模样多种多样。
海百合的“花瓣”并不只是像百合花,还有像蕨类叶子的、像菊花的,甚至还有像香菜的。
鉴于这些植物出现的时间都比海百合晚,我们有理由相信,它们才是“盗版”,海百合是“正版”。
海百合只不过是石炭纪巅峰的冰山一角,在这个时代,创造了很多生物历史之最。
巅峰石炭纪,石炭纪是古生代的倒数第二个纪,也是生物演化的关键时代,在这一时期,哺乳动物的祖先始祖单弓兽真正踏上了陆地。
另一方面,恐龙、鳄鱼、翼龙、海洋爬行动物的共同祖先,也在同一时期登陆。
它们的后代,将开启接未来2亿多年的相爱相杀。
石炭纪时代,是名副其实的节肢动物的时代,又被称为“巨虫时代”。
石炭纪的巨虫,天空中飞翔着翼展接近一米的巨型蜻蜓,翼展半米的巨型知了,还有石炭纪的巨型蜘蛛,如果它还活着,将会以猫为食。
此外还有巨型马陆、巨型蜈蚣,体长在3米左右,就是那个时代的蛇。
由于当时的脊椎动物大部分还处于两栖模式,这注定了它们无法离开水太远。
于是昆虫们捷足先登,率先进入到了内陆地区,享受了更多的资源。
为什么这些节肢动物们长得这么巨大?
巨脉蜻蜓,原因就在于氧气含量。石炭纪的氧气含量在35%到40%,远超我们今天的大气。
像昆虫、蜘蛛这样的动物,它们的体型大小很依赖于氧气的浓度,氧气浓像昆虫、蜘蛛这样的动物,它们的体型大小很依赖于氧气的浓度,氧气浓度越大,它们的体型就越大,相反,则越小。
石炭纪不仅是动物演化的一个巅峰,也是植物演化的巅峰,这一时期,裸子植物开始取代各种蕨类,成为了植物中的扛把子,形成了真正的木制组织。
这让裸子植物能够长得更高大,被埋入土地后也不会快速腐烂,进而生成一种能源——煤。
你们现在开采的煤炭资源,有一半就是来自石炭纪的树木。
然而,盛极必衰、物极必反,如此高的氧气浓度,必定不全是好事。
石炭纪结束,在石炭纪末期,地球上频繁发生火灾。
因为茂密的森林将大气中的二氧化碳吸收,经过光合作用将其转化为纤维素等有机物固定在树干内。
这些碳一时半会儿回不到大气中去,慢慢了大气中的氧气逐渐占据上风。
氧气是极好的助燃剂,石炭纪的空气在这样的情况下,十分“易燃易爆”。
有时只需要一个闪电,一点高温,就能让陆地上的森林被点燃。不仅是树木被点燃,那些暴露在空气中的煤层也被引燃。
石炭纪的森林大火,石炭纪末期,地球犹如一片火海,某种程度上讲,这是在增加二氧化碳,恢复碳平衡。
很快,生物们被一场全球变冷席卷,雨林崩溃、海平面下降,海百合在这场浩劫中备受打击。
从那之后,海百合的种类开始下降,逐渐失去了自己在海洋中攻占的地盘。
但是作为地外星生物的最初版本,海百合保留有生命初始型号的优点,那就是牢牢占据底层生态位,这样就能保住自己的基本盘,不怕被灭绝一锅端了。
如今幸存的600多种海百合,分为无柄海百合和有柄海百合,它们延续了祖先的生活模式,要么固定在海底,要么随波逐流。
它们曾经存在过,一些种类的海百合身上还能看见像螺丝一样的环节,这是它们对初心最好的坚守。
研究在寒武纪生命大爆发最初期温暖“文石海”中首次发现低镁方解石质贝壳,并且首次在最古老贝壳化石中发现控制矿化的有机基质的化石保存。
“寒武纪生命大爆发”是指几乎所有已知动物门类在寒武纪早期(距今大约5.4-5.2亿年前后)快速出现的重大生命演化事件。在这个时期,早期动物的祖先代表几乎同时且独立地获得分泌矿化骨骼的能力,这与前寒武纪非矿化的复杂宏体多细胞生命(埃迪卡拉型生物)形成鲜明对比。矿化骨骼的出现不仅使得地球海洋生物圈面貌发生重大转变,同时也从根本上改变了海洋生物化学循环模式,标志着以动物为主导的显生宙现代海洋生态系统演化的开始。具骨骼动物在寒武系地层中的爆发式出现是寒武纪生命大爆发最直接表现之一,自达尔文时期便一直困惑着演化古生物学家,学术界称之为“达尔文的困惑”。
研究人员深入扎夫汗盆地,在对该地区前寒武-寒武系沉积地层开展高精度综合地层(古生物化石-碳同位素-岩相学)划分对比基础上,从寒武系最底界(纽芬兰统幸运阶,约5.35亿年)识别出最早的软体动物(太阳女神螺类)贝壳化石。寒武纪初期为温暖的文石质海洋(现代海洋Mg/C摩尔比为5.2,弱矿化无脊椎动物、钙化藻类、鲕粒及非骨屑沉积物胶结物等易于形成文石和高镁方解石矿物)。高分辨率扫描电镜拍照显示,控制贝壳分泌的有机基质在贝壳化石化过程中被磷酸盐交代,因此其形貌特征能够完美保存下来;通过进一步分析构成贝壳基本矿物单元的形态、生长方式以及与现生贝壳的比较研究,研究人员确定该最古老的太阳女神螺贝壳是由方解石质简单棱柱层微细结构构成。
对寒武纪早期动物骨骼矿物组成的统计分析显示寒武纪初期软体动物贝壳全部为文石质,这往往被认为是受控于当时“文石海”的影响,而该研究从“文石海”中发现确凿无疑的低镁方解石质贝壳刷新了地人们对寒武纪生命大爆发时期动物矿化骨骼起源以及与古海水化学协同演化的传统认识,进一步突显生物因素对矿物类型和成分选择上的主导作用;同时,该研究也极大地推动了传统古生物学与现代生物矿化多学科研究的交叉融合。
若水童年发生过的很多事已经记不清了,但有一件事情却记忆犹新,那就是他们家里盖房子。那时候他一放学经常会蹲在角落里饶有兴致地看大人们砌墙,有时一看就是一下午。看他们娴熟的一手拿着砌刀,一手拿着砖头,砖头上抹上泥浆,敲一敲,再把另一块砖头放上,不一会一面墙就砌好了。家里大人们将一块块的砖头砌成一道道墙,而小孩儿就在砌成的“迷宫”里捉迷藏。好奇的我经常会询问大人们是如何“堆积木”的,他们这时多半会伸着满是老茧的手呵斥着把我赶走;但有时也会停下手中的活,点根烟,然后兴致勃勃地跟我讲其中的奥秘。“砌墙的时候水泥灰一定要抹均匀,并且砖头一定不能按照同一个方向堆砌,上下两层砖头需要呈十字形排列,这样砌成的墙才会更加牢固”。多少年后,父辈们一砖一瓦建起来的房子早已被真空社区所取代,但当年盖房子的情景却仍然历历在目。那可能是第一次从父辈们那里学到“交叉建造”的思维方式,并牢牢地记在了心里。多少年后当若水无意间发现5亿年前海螺的祖先竟然也有这种“交叉建造思维”的时候,深藏的记忆又被重新唤醒,一种莫名的亲切感油然而生。世上的事情往往就是这么的奇妙。
如果将地星生命演化38亿年的历史绘制成一幅画卷,你最想浓墨重彩、大书特书的是哪段地质历史和哪次生命演化事件呢?是小行星撞击地球与恐龙灭绝,还是冰川世纪与人类走出非洲,亦或仅仅是寒武纪温暖海洋中一只普通的三叶虫从生到死平凡的一生?……
地球地质历史时期划分为隐生宙和显生宙。隐生宙漫长孤寂,由微生物主导;显生宙要更显热闹,意味着在这个时期地球上有显著生命的存在,以寒武纪生命大爆发为开端。发生在5.4亿年前的寒武纪生命大爆发使得很多新生命形式,尤其是动物首次出现在地球上。这些动物与前寒武纪以埃迪卡拉生物群为代表的“软软的”多细胞宏体生物完全不同,它们首创了脑、眼、口、鳃等现代动物的组织和器官,并且开发了两侧对称、辐射对称、模块化分区生长等各种躯体构型模式,同时能够分泌构建各种各样的矿化骨骼,开启了以动物为主导的蓝色宜居星球演化历程。
寒武纪生命大爆发最直观的表现是寒武系地层中带壳动物的大规模出现,是名副其实的“壳的世界”。这些古老的骨骼化石个体微小,包括各类骨针、骨刺、骨片类型,古生物学家常常称之为“小壳化石”。矿化骨骼的出现一方面为动物披上坚硬的“盔甲”,发挥防御、捕食、运动等各项功能,保证早期动物在寒武纪生物演化的“军备竞赛”中始终处于优势地位,并一直延续至今,子子孙孙,无穷尽也!当然,这其中也不乏有很多动物门类只是昙花一现,仅生存于寒武纪的海洋中。尽管如此,但与人类演化600-700万年的历史相比,它们延续的时间也足够漫长和精彩。不仅如此,骨骼的出现也深刻改变了海洋生物化学循环模式,简单的讲,地球各类无机矿物元素以天然生物材料的方式由有机生物固定下来。
软体动物是最好的“材料学家”,能够分泌并利用各种生物矿物无疑是生命演化史上的一次飞跃。尽管圣人们们一直在努力探索生物利用矿物的奥秘,并在实验室内人工合成各种超轻-超强-超韧的高性能仿生材料,并开展医学应用,但与大自然天然的“材料学家”和“建筑师”相比,人类的创造力还远远不足,人们还在不断的从各种天然有机材料中寻找灵感。
软体动物是这其中的佼佼者。如果说节肢动物成功占据了陆地,那么作为海洋生态系统中数量最多的无脊椎动物类群,软体动物的演化无疑是成功的。这种演化上的成功很大程度上得益于它们矿化贝壳对各类环境的适应性和对内部软体组织的保护性。软体动物的贝壳是由外套膜上皮细胞分泌形成的由碳酸钙矿物和蛋白质构成的天然有机-无机复合材料。壳体生长过程中,碳酸钙(方解石和文石矿物为主)矿物的生长、定向、排列都受到有机格架的精密控制。因此,形成的贝壳要比无机的“纯”碳酸钙物在韧性、强度等方面要高出上千倍。
软体动物可以利用碳酸钙矿物(95%)和少量有机质(5%)构建多种不同的超微结构类型,包括各类交叉叠片结构、棱柱层结构、珍珠层结构、板片结构,等等。这其中,90%的软体动物贝壳(以腹足动物为主)由交叉叠片结构构成。
交叉叠片结构的起源与演变,尽管矿化的贝壳赋予了软体动物极为坚固的防护盾,但分泌贝壳却是一个极度耗能的过程。它们需要不断进食,优化能量消耗去向,从而最大化的满足矿化所需的能量需求。5亿多年前软体动物的早期祖先代表虽然经历了寒武纪生命大爆发时期的快速辐射演化,并开创了利用无机碳酸盐矿物建造贝壳的先河,但由于当时的海洋生态空间充足,生物捕食压偏弱,因此动物矿化能力整体处于较低水平(早期动物无需在寒武纪的原始海洋中打造现代化的坚船利炮)。这种低水平的矿化能力一直持续到奥陶纪生物大幅射时期,早期动物矿化能力达到新的高度,能够分泌形成高度矿化且结构极为复杂的壳体。
在这种情况下,一般认为软体动物珍珠层和交叉叠片这些高耗能和矿物晶体空间排布异常复杂的结构类型应该不会在动物起源和演化的初级阶段出现,而应该在奥陶纪生物大幅射时期巨大的生物捕食压驱动下,并在与捕食者激烈的“军备竞赛”中获得。
但就如显示的那样,事实并非如此——软体动物贝壳生来(起源)即高配,交叉叠片结构这一最复杂、分布最广的“高级”超微结构类型在“最原始”、“最古老”的干群腹足动物已经出现。
可以说,海螺的祖先已经能够打造它们后代引以为傲的高级盔甲。当然,该交叉叠片结构与现代类型相比略为原始,但仍能识别四级基本矿物结构单元,通过原始文石矿物在空间上错综复杂的交叉叠覆,极大的增强贝壳抗拉伸断裂的强度。同时少许的有机组分在微纳米尺度上与矿物相巧妙融合,又增加了贝壳的延展性和韧性。就这么简单,令无数生物学家和材料学家痴迷的天然有机生物材料诞生了。
历经五亿年,软体动物演化成为动物界的第二大门类。事后诸葛下,犹如早期智人走出非洲一般,发明交叉叠片结构是多么的不同凡响。
软体动物不是唯一的“材料学家”,初看寒武纪的生命,不亚于《星球大战》中各种造型怪异的外星生物一样好奇。它们当中,有些类群诸如海洋霸主奇虾、三叶虫早已名声在外,而有些则像软舌螺和软体动物一般选择做“低调的成功者”。
软舌螺动物是寒武纪海洋中的“草根明星”。它们起源于寒武纪生命大爆发初期,绝灭于二叠纪末生物大灭绝中,是软体动物的近亲(极有可能属于软体动物)。和软体动物大家族一样,软舌螺也能够分泌碳酸钙构建外骨骼。骨骼外貌与熟知的软体动物贝壳虽然迥异,但超微结构毫无二致。寒武纪软体动物贝壳已知的超微结构类型中,在同时期的软舌螺骨骼中亦有发现。骨骼超微结构的相似性是解决软舌螺这一疑难化石生物归属最直接、最可靠的证据!就矿化能力而言,软舌螺可不想输于它们的远房亲戚(软体动物)。一文告诉我们,寒武纪海洋中古老的软舌螺也能够分泌文石矿物构建复杂的交叉叠片结构。不仅如此,软舌螺交叉叠片结构的层级结构更为复杂,显示出更强的抗性和强度。虽然作为“草根”以及捕食者的“美食”,软舌螺动物也能打造高级盔甲,不想就此“躺平”于寒武纪的海底,而是争当寒武纪骨骼建筑师中的佼佼者。
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