麻省理工學院的研究人員在非常古老的岩石中發現了新的化學線索。這顯示地球上最早的動物很可能是現代海綿的祖先。
報告於 美國國家科學院院刊該團隊描述了在超過 5.41 億年前岩石中保存的「化學化石」的發現。這些化學化石是生物曾經產生的生物分子的痕跡。後來被掩埋、改變並被困在沉積物中數億年。
新發現的分子屬於一類叫做sterens的分子。這些是穩定殘留的固醇，例如膽固醇，是複雜生命細胞膜的一部分。透過分析它們的結構，科學家將這些類固醇與海綿海綿聯繫起來。作為海洋海綿的主要類群，海綿現在以許多不同的形狀、大小和顏色出現，並棲息在海洋中。它們的遠古親戚很可能是類似的軟體海洋生物。
「當時我們並不確切知道這些生物會是什麼樣子。但它們肯定生活在海洋中。它們有柔軟的身體。我們假設它們沒有二氧化矽骨架，」斯倫貝謝地質生物學教授羅傑·薩蒙斯 (Roger Summons) 說。麻省理工學院地球、大氣和行星科學系（EAPS）的教授說。
這些海綿獨特的化學特徵的存在進一步證明了海綿的祖先是最早的動物。它的進化早於大多數其他主要動物群。
研究團隊包括主要作者、前麻省理工學院 EAPS Crosby 博士後研究員、現為加州理工學院研究科學家的 Lubna Shawar，以及加州大學河濱分校的 Gordon Love、康奈爾大學的 Benjamin Uveges、休士頓 GeoMark Research 的 Alex Zumberge、瑞典烏普薩拉大學的 Paco Cárdenas 和紐約州立大學環境科學與林業學院的 José Luis Giner。
重溫 2009 年前寒武紀岩石的發現
這項工作建立在該小組於 2009 年首次發表的一項研究的基礎上。當時，他們分析了阿曼露頭的岩石。並檢測到異常高濃度的源自 30 碳甾醇 (C30) 的甾烷。這些稀有的類固醇分子似乎起源於古海綿。
這些石頭的歷史可以追溯到埃迪卡拉時期。這種情況持續了大約 6.35 億至 5.41 億年前，即複雜的多細胞生命迅速多樣化的寒武紀之前。先前的發現表明海綿在寒武紀大爆發之前就已經存在，並且可能是地球上最古老的動物之一。
並非所有人都同意。一些研究人員認為，C30甾烷可能是由其他生物產生的，甚至是透過非生物地質過程形成的。
這項新研究增加了海綿假說的說服力。研究團隊在同一塊前寒武紀岩石中發現了另一個值得注意的化學化石。它們更有可能來自生物而不僅僅是化學物質
稀有甾醇和尋找早期動物生命
就像之前的調查一樣。研究人員檢查了從阿曼暴露的鑽孔岩芯中收集的埃迪卡拉紀岩石。他們在西印度和西伯利亞尋找斯特倫。它是所有真核生物（植物、動物和任何其他生物）中發現的甾醇的穩定版本。具有與細胞膜結合的細胞核和細胞器）
「如果你沒有固醇或類似的膜脂，你就不是真核生物，」薩蒙斯說。
甾醇具有共同的核心結構，由四個互連的碳環組成。各種生物透過添加碳側鏈和其他化學基團來修改該結構。這取決於他們擁有的基因。在人類中，膽固醇由 27 個碳原子組成，而植物固醇通常有 29 個碳原子。
「含有 30 個碳原子的甾醇並不常見，」Shawar 說。
先前的研究已經鑑定出一種 30 碳甾醇與一種特定的酶有關，該酶是由海綿中常見的基因編碼的。在新的分析中，研究小組意識到同一基因還可以產生更稀有的 31 碳 (C31) 固醇。當他們重新檢查岩石樣本時，他們檢測到了豐富的 C31 甾烷以及先前確定的 C30 形式。
「這些特殊的類固醇一直存在，」沙瓦說。 “需要提出正確的問題才能找到並真正理解它們的含義和起源。”
實驗室測試證實了生物起源。
為了確認來源，科學家研究了活體海綿。有些物種被發現能產生C31甾醇，它是保存在岩石中的C31甾醇的生物前體。然後他們在實驗室合成了八種不同的 C31 甾醇作為參考化合物。畢竟，這些分子處於模仿數百萬年埋藏和地質變化的狀態。然後他們將結果與古代樣本進行了比較。
八種合成甾醇中只有兩種轉化為與岩石中發現的 C31 甾酮相匹配的化合物。其他六種產物的缺失顯示這些分子不是透過環境中的隨機化學反應產生的。
來自岩石化學、現代海綿和實驗室實驗的證據共同支持了類固醇具有生物起源的結論。這些生物可能是海綿動物最早的祖先。至今仍維持生產類似化合物的能力
「它是石頭中的成分、海綿中的成分以及化學實驗室中可以做的事情的組合，」薩蒙斯說。 “你有三點相互支持和同意的證據。這表明這些海綿是地球上最古老的動物之一。”
「在這項研究中，我們向您展示如何監測生物標記。透過驗證訊號是否確實來自生物。而不是非生物污染或化學物質，」Shawar 補充道。
擴大您對第一個動物的搜尋範圍
C30 和 C31 甾醇現在看來是古代海綿的可靠指標。研究人員計劃檢查來自世界其他地區的岩石，到目前為止，樣本顯示海綿生活在埃迪卡拉時期。透過附加訊息，該團隊希望能夠更準確地識別最早的動物。其中一些第一次出現是什麼時候？
這項研究得到了麻省理工學院克羅斯比基金、傑出博士後獎學金計畫、西蒙斯基金會生命起源合作和美國太空總署外星生物學計畫的支持。
