8亿年前以前

我们周围的所有动物、植物、真菌，都是由复杂细胞构成的真核生物。与细菌和古菌相比，真核生物的细胞通常更大，它们的遗传物质被包裹在细胞核中，并且具有包含内质网在内的细胞膜网络。

所有真核生物的细胞膜中，都有各种不同的类固醇存在。类固醇可以增加膜的流动性，改变它们的弯曲度。科学家认为，类固醇应该存在于所有现代真核生物的最后的共同祖先中。因此，古生物学家也将类固醇视为古老岩石中存在真核生物的生物标志物。

从化石记录来看，真核生物看起来应该是从8亿年前才开始慢慢出现并逐渐繁荣的，在更早的时间里应该极为罕见。因为科学家还没有在更早的元古宙（约16亿年前到8亿年前）的古老岩石中，发现类固醇的痕迹。然而，分子学研究却表明，真核生物的最后的共同祖先应该在大约18亿年前到12亿年前就已经出现。这种不一致造成了很多困惑。

现在，在一项新发表于《自然》的研究中，一组国际古生物学家在中元古宙的化石记录中发现了丰富的“原类固醇”，经过分析发现，这些原类固醇是由此前未知的一类真核生物产生的。这些生物在大约16亿年前到8亿年前的水生环境中大量存在，有别于我们所知的现代真核生物，它们适应的是一个大气中氧气比现如今少得多的世界。

寻找中间体

在某种程度上，这一研究与著名的生化学家康拉德·布洛赫（Konrad Bloch）30年前的一个想法有关。1964年，布洛赫因发现使细胞产生类固醇的生化途径，而获得诺贝尔生理学或医学奖。

1994年，他在一篇论文中提出，在他发现的生化途径中，一些短暂出现的中间体可能并不总是中间体，从整个进化史来看，它们在某个进化阶段可能是终产物。但是，布洛赫并不认为我们有机会找到这些古老的中间体，因为他认为这些中间体的化学性质不稳定，难以留存在沉积物中。然而，在新的研究中，研究人员认为布洛赫的这一观点值得被验证。

通过采用多种技术，研究人员首先将各种现代类固醇，转化为它们的化石化的对应物。他们合成了一堆这样的对应物分子，几十年来，这些分子一直被科学家们所忽视。接着，他们将这些分子置于加热和加速老化的条件下，看会发生什么。结果发现，这些分子虽然可能会失去几个原子，但大多数都能安然无恙。

有了这些信息，研究人员梳理了数十块来自世界各地的水环境中的古老岩石，并发现了这些“原类固醇”的广泛痕迹。这些岩石样本可以追溯到地球的不同时期，表明在大约16.4亿年前到8亿年前，产生了这些“原类固醇”的真核生物在水环境中大量存在。

产生“原类固醇”的真核生物的艺术构想图。（图/Orchestrated in MidJourney by TA 2023）

现代真核生物的分子特征是在拉伸纪（10亿年前到7.2亿年前）才首次出现的。这一时期是地球生态的一个重大转折点之一，在这段时间，地球大气中的氧气越来越丰富，这些氧气是蓝藻和第一批真核藻类的代谢产物，对当时的许多生物来说是有毒的。一种可能性是，能产生现代类固醇的真核生物在10亿到8亿年前获得了选择优势，最终取代了能产生“原类固醇”的亲缘生物。

窥探消失的世界

“原类固醇”的发现，使我们更接近于了解我们最早的祖先是如何生活和进化的。这些新的研究结果表明，真核生物在更早期的时候就已经数量丰富、分布广泛了，比早期生化证据所显示的还要早得多。

这些发现不仅扩展了目前真核生物的分子记录，使传统化石的地质记录与化石脂质分子的地质记录相一致，还让我们得以窥见一个早已消失的古老微生物世界。这些微生物曾经在海洋中繁衍，并可能最终产生了现代植物和动物。

值得一提的事，研究人员指出，尽管他们相信这些“原类固醇”是由真核生物产生的，但这并不能排除古菌也制造了一部分这些“原类固醇”的可能性。研究人员将进行更多的研究，来评估有多少比例的“原类固醇”，可能是由古菌产生的。

参考来源：

https://www.gfz-potsdam.de/en/press/news/details/ueberreste-einer-ausgestorbenen-welt-von-lebewesen-entdeckt

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06170-w

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01847-8

https://arstechnica.com/science/2023/06/billion-year-old-grease-hints-at-long-history-of-complex-cells/

封面图&首图：Orchestrated in MidJourney by TA 2023