为什么地球上最早的动物,在长达数亿年的时间里,外形几乎原地踏步?剑桥大学古动物学家艾米丽·米切尔(Emily Mitchell)和安德烈亚·马尼卡(Andrea Manica)最近用一套融合空间分析、激光扫描与机器学习的方法,为这个老问题找到了一个新切口:那些远古生命可能根本没怎么“行房事”。
他们的研究发表在《自然·生态与进化》期刊上,分析的化石采自加拿大纽芬兰最南端的米斯特肯角,距今约5.74亿年。这一时期属于埃迪卡拉纪——已知最早的动物可追溯到约6.35亿年前,而这些生物与9600万年后的寒武纪黎明时期的后代,在形态上惊人地相似。演化仿佛被按下了暂停键。
“埃迪卡拉纪的生活相当安逸,所以对性的需求非常有限,”米切尔在一则声明中解释,“那时候几乎没什么竞争,因此也没有真正迫使它们改变的压力。”她所说的“性”,指的是有性繁殖。早期动物普遍依赖无性繁殖,通过出芽、断裂或匍匐茎复制出基因几乎一致的克隆体。这样一来,种群内的个体高度同质化,资源争夺也降到了最低。
研究团队拿弗拉克托弗苏斯(Fractofusus)这种蕨叶状生物作为典型例子。它们能长到超过2米(6.5英尺)高,比同时期的大多数海洋亲戚都要庞大,而且很可能既没有器官也没有嘴巴。这些生物扎根在海底,直接从周围海水中吸收养分,像今天的草莓一样,通过匍匐茎和长跑茎散播克隆体来繁衍。马尼卡说:“如果你通过这些匐茎与邻居相连,你们就共享养分,根本不需要竞争。”
为了推演这些远古生命如何在没有竞争的条件下扩散,团队构建了一个机器学习模型,让程序去模拟不同繁殖策略下生物群体的行为。模型中的神经网络逐一筛查那些符合已知化石多样性模式的模拟结果,这套方法叫“近似贝叶斯计算”,相当于让计算机一层层倒推时光,估测动物如何增殖、又如何为有限的资源而彼此抗衡。
模拟给出的剧本大致如下:埃迪卡拉纪早期那种整体平和且无性的日子,随着物种逐渐从深水区向浅水区迁移而被打破。浅水区有温度剧烈起伏、营养短缺、潮汐奔涌、风暴侵袭等陌生压力,生物为了存活不得不做出调整,留下的化石也明显增多。这段化石记录透露出一层规律:每当环境压力陡增,有性繁殖的比重就会相对攀升,生物开始放弃原先那种“共享养分、彼此克隆”的无争模式。
“当这种情况发生时,我们可以看到散布距离大幅增加,”米切尔描述道,“因为动物们为了应对加剧的竞争,不得不尝试去占据新的地盘。”有性繁殖带来的基因重组,让后代彼此间出现差异,更能适应多变的环境。于是,那些曾经互通有无的克隆网络开始瓦解,种群间的隔离和竞争反而成了演化的加速器。
这些连锁变化最终触发了学界所称的埃迪卡拉纪“第二波”动物演化浪潮。这股蓄力已久的爆发,在随后的数百万年里继续放大,直到寒武纪生命形态彻底翻开全新的一页。而催生这一切的那把钥匙,或许就藏在原始海洋最深处,一场关于“要不要性”的漫长抉择中。
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