地球早期生命的微观世界
35亿年前的单细胞生物和6亿年前的细胞胚胎
显微镜下的休眠包囊图象
管状体化石
7/8的生命演化史几近空白
“如果沿着地球生命进化的历史一直往前追溯，现在所有的地球生命都有一个共同的祖先”。 1月14日，中科院南京地质古生物研究所南京古生物博物馆最新推出的“地球生命起源与早期演化”展，吸引了众多古生物爱好者。尹磊明、陈哲、冯伟民、傅强等一直在幕后研究的专家学者也走到展板前，向人们讲述寒武纪生命大爆发之前的生命世界。
南京古生物博物馆馆长冯伟民告诉记者，地球距今已经有大约45亿年的历史，而生命的历史也可以追溯到38亿年之前。但是，早期生命因其结构简单、个体微小，原本就难以形成化石，在经历了漫长的地质演化之后，能侥幸保存下来的早期生命化石非常稀少，大大地阻碍了我们对早期生命的认识。
冯伟民说，在生命演化史上，一般以距今5.4亿年的寒武纪底部为界线划分为之前的隐生宙和之后的显生宙。顾名思义，显生宙就是有大量肉眼可见的生物出现的时期，它约占整个生命历史的1/8。由于该时期地层中保存的化石丰富，人们对这段地球生命演化的认识相对清晰。而对约占生命历史7/8的隐生宙，由于化石稀少，人们对它的认识非常肤浅。但是，生命演化中的诸多革新事件，如生命的起源、光合作用的产生、真核细胞的起源、多细胞生物的诞生等，均隐藏在这一漫长的地质历史中。
硅质岩中发现最古老的生命
据中科院南京地质古生物研究所研究员尹磊明介绍，尽管地球早期生命起源的蛋白质、核酸及膜结构的相互复杂的作用还不太清楚，但科学模拟实验已经论证了一个理论假说：如碳、氢、氧、氮等生命元素在强烈的宇宙射线、雷电的轰击下，或者在特殊环境下的化学反应，可形成高分子聚合物，并由此进化成原始生命物质。
目前，已知在距今约35亿年前，形成了地球上最古老的沉积岩，并从澳大利亚西部约35亿年的硅质岩石中发现了尚有争议的丝状蓝细菌的微体化石。同时，经碳、硫同位素测试表明，在该地质时期已经有蓝藻、还原硫细菌等构成的原始生物圈。尹磊明说，按物质成分和形态结构的不同，细胞分为原核细胞和真核细胞，细菌和蓝藻是同原核细胞构成的生物。它们的细胞结构简单，个体通常很小。
与原核细胞相比，真核细胞具有行使生理、生化功能更为完善的结构和器官，探寻最早真核细胞生物是研究地球生命起源、演化的重要课题。
从上世纪70年代起，南京地质古生物研究所的工作人员相继在我国鞍山、本溪、太原五台山等地区的距今25亿年前的太古代晚期地层，收集并发现了被碳化的圆盘状物，其边缘及表面褶皱显示，是球形有机壁壳受早期岩石挤压的结果。遗憾的是，由于它们曾受到500摄氏度以上高温的烘烤，膜壳已碳化变质，以致不能提供更多的形态特征去甄别它们是否为真核生物。
星星点点的最初生命痕迹
据了解，在最初的10多亿年间，地球生命的形式非常简单，主要为单细胞、原核的细菌和蓝藻等生物，在距今约25亿年前的古元古代早期，地球环境由于大气中含氧量的显著增加，发生了很大变化，为真核生物的起源带来了契机。
在距今约16亿年－10亿年前中元古代早期，或更老的沉积地层中，出现了原始的单细胞真核化石，并开始发生了早期的形态分异。进入距今10亿年－5.4亿年的晚元古代，多细胞生物的起源和早期演化是地球生命演化史中又一重大革新事件。在距今7.5亿年－5.8亿年前，地球上发生了多次冰期事件，在极端环境下，整个地球变成了“雪球”。全球性的冰期事件对生物的演化产生了显著的影响。
冰期结束后，全球气温回升，冰川融化，导致大规模海侵，与此同时，由早先以硫化物、相对缺氧的海洋、大气循环转变为含氧光合作用生物为主的氧化还原环境。多细胞生物的起源和演化正是发生在这一特定的地质时期。
大约距今6亿年前，是地质学上称作寒武纪的开始，绝大多数无脊椎动物门在几百万年的很短时间内出现了。这种几乎是“同时”“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石，而长期以来在寒武纪之前更为古老的地层中却找不到动物化石的现象，被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”。达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据。但他同时解释，寒武纪的动物一定是来自前寒武纪动物的祖先。而寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。
动物骨骼化可能与捕食有关
寒武纪生命大爆发标志着生命之树在5.4亿年前发生了一次大辐射。动物王国中几乎所有的门类都在这一时间里出现了爆发式发展。而10亿年前骨骼动物的出现很可能是这次大爆发驱动力之一。
中科院南京地质古生物研究所研究员陈哲告诉记者，我们都因拥有坚硬的骨架而受益。脊椎动物因为骨骼中含有钙和磷，能长的更大更灵活。软体动物利用钙质骨骼保护它们脆弱的身体，海绵则利用硅质的内部结构来帮助进食。
陈哲说，高家山生物化石群是以管状后生物化石为主的多门类化石组合，代表了动物骨骼化方式的早期演化阶段。研究人员发现的克劳德管和震旦管是迄今最古老的具有生物矿化特征的动物，而高家山虫和维管虫可能也具有一定的生物矿化能力。研究人员还在克劳德管上，发现了最早的捕食钻孔，显示骨骼化产生的原因可能与捕食有关。
高家山生物化石群的总体面貌与世界其他地区同时期的生物群截然不同。具骨骼生物的首次出现，是生物演化史上一次重大事件，也是后生动物同软躯体到带硬质生物进化中质的飞跃。
