牛津大学领导的一项研究使我们离解决自查尔斯·达尔文以来一直困扰博物学家的谜团又近了一步:动物是什么时候首次出现在地球历史上的?这项名为“石化过程和我们对古代动物的解读”的研究发表在《生态与进化趋势》杂志上。
动物最早出现在大约5.74亿年前的化石记录中。它们的到来似乎是寒武纪(5.39亿年前至4.85亿年前)岩石中的突然“爆炸”，似乎与典型的渐进进化速度相反。许多科学家(包括达尔文本人)认为，最早的动物实际上早在寒武纪之前就已经进化出来了，但他们无法解释为什么化石记录中没有它们。
例如，“分子钟”方法表明，动物最初是在8亿年前新元古代(10亿年前至5.39亿年前)的早期进化出来的。这种方法利用基因积累突变的速率来确定两个或更多现存物种最后拥有共同祖先的时间点。但是，虽然新元古代早期的岩石中含有微生物化石，如细菌和原生生物，但没有发现动物化石。
这给古生物学家提出了一个两难的问题:分子钟方法是否高估了动物最初进化的时间点?或者是在新元古代早期就有动物存在，但太软太脆弱而无法保存?
为了调查这个问题，由牛津大学地球科学系的罗斯·安德森博士领导的一组研究人员对有望捕获最早动物化石的保存条件进行了迄今为止最彻底的评估。
该研究的主要作者罗斯·安德森博士说:“最早的动物可能缺乏矿物壳或骨骼，需要特殊的条件才能变成化石。但某些寒武纪泥岩沉积物表现出非凡的保存能力，即使是柔软脆弱的动物组织。我们推断，如果这些被称为伯吉斯页岩型(BST)保存的条件也发生在新元古代的岩石中，那么化石的缺乏将表明当时真正没有动物。”
为了调查这一点，研究小组对来自近20个地点的寒武纪泥岩沉积物样本使用了一系列分析技术，将含有BST化石的样本与仅保存矿物残留物(如三叶虫)的样本进行比较。这些方法包括在牛津大学地球科学和材料系进行的能量色散x射线光谱和x射线衍射，以及在英国国家同步加速器钻石光源进行的红外光谱。
分析发现，具有特殊bst类型保存的化石特别富含一种称为berthierine的抗菌粘土。含有至少20% berthierine成分的样品在大约90%的情况下产生了BST化石。
BST化石的微尺度矿物测绘显示，另一种称为高岭石的抗菌粘土在早期阶段似乎直接与腐烂组织结合，在石化过程中形成保护晕。
“这些粘土的存在是岩石是否含有BST化石的主要预测因素，”安德森博士说。“这表明粘土颗粒起到了抗菌屏障的作用，可以防止细菌和其他微生物分解有机物质。”
然后，研究人员应用这些技术分析了来自大量富含化石的新元古代泥岩矿床的样本。分析显示，大多数不具有BST保存所需的成分。然而，在努纳武特(加拿大)、西伯利亚(俄罗斯)和斯瓦尔巴德(挪威)的三个矿床与寒武纪的bst岩石成分几乎相同。然而，这三个矿床的样品中没有一个含有动物化石，即使条件可能有利于它们的保存。
安德森博士补充说:“在这些罕见的新元古代早期样本中，粘土与化石的分布相似，但也有例外所有的寒武纪沉积物表明，在这两种情况下，粘土都附着在腐烂的组织上nditions有限公司诱导BST保存在两个时间段都可用。这提供了第一个“不存在的证据”，并支持了动物在新元古代早期就没有进化的观点与一些分子钟的估计相反。”
根据研究人员的说法，这项研究表明，动物起源的最大年龄可能在7.89亿年左右:这是斯瓦尔巴群岛形成的最年轻的估计年龄。该小组现在打算寻找具有BST保存条件的逐渐年轻的新元古代沉积物。这将证实化石记录中缺少动物的岩石的年代，因为它们确实不存在，而不是因为条件不允许它们成为化石。他们还打算进行实验室实验，以研究支撑BST保存中粘土-有机相互作用的机制。
安德森博士补充说:“在微观尺度上绘制这些岩石的成分图，使我们能够以一种我们以前从未有过的方式了解这些特殊化石记录的本质。最终，这可能有助于确定化石记录如何偏向于保护某些物种和组织，从而改变我们对不同地质时代生物多样性的看法。”
