为何复杂的生命从深海中来？

几十亿年前，地球上所有的生命都是单细胞构成的。然而大约5.7亿年前，包括长达一米的软体海绵状动物在内的复杂生物开始出现。在随后的1500万年中，同样大小和复杂程度的生命都只存在于深水中。

长期以来，科学家们一直在探索为什么这些生物会出现，它们又是何时在何地出现的，答案是它们出现在缺乏光和食物的深海中，且出现于地球大气中氧气极其短缺的时期。12月12日发表在《英国皇家学会学报B》上的一项来自美国斯坦福大学的最新研究表明，海洋深处更稳定的温度使新生命形式能够充分利用有限的氧气供应。

这一切之所以重要，是因为从埃迪卡拉纪了解这些海洋生物的起源有助于发现生命进化中缺少的环节。论文的主要作者、斯坦福地球能源与环境科学学院地质科学博士研究生汤姆·博格解释说：“没有复杂的生命，就不可能出现有智慧的生命。”

这项新的研究是运用动物生理学的知识来理解环境变化背景下的化石记录的内容。这些信息可以阐明未来能够在不同环境中生存的生物种类。论文的作者地质科学家艾瑞克·思博林说：“从生理学上引入这些数据，把有机体当作活的、能呼吸的生命，并试图解释它们如何度过一天或一个生殖周期，并不是大多数古生物学家和地球化学家通常处理这些问题的方式”。

此前，科学家们已经得出动物有一个最佳生存温度使得它们能够以最少的氧气量繁衍。正如“金发姑娘原则”指出的凡事都必须有度，而不能超越极限。根据这个理论，无论是过冷还是过热，动物的耗氧量都会增加。为了在动物身上验证这一理论，博格测量了海葵的氧气需求，海葵的胶状身体和皮肤呼吸能力与从埃迪卡拉海洋采集的化石的生物学特性非常相似。

“我们假设它们耐受低氧的能力会随着温度的升高而变得更差。在鱼类、龙虾和螃蟹等更复杂的动物身上已经观察到这种现象。科学家们还不能确定更冷的温度是否也会影响动物的低氧耐受性。但实际上，当实验水箱的温度超出它们的最适范围时，海葵需要更多的氧气。

这些因素使得博格和同事们怀疑，像海葵一样，埃迪卡拉纪的生命也需要稳定的温度才能最有效地利用海洋有限的氧气供应。

对于埃迪卡拉动物群来说，在寒冷、深海水域使用少量的氧气要比在温暖的浅海水域更困难，因为气体在寒冷的海水中扩散到组织的速度更慢。在寒冷的环境下动物必须消耗他们大部分的能量，只为了让含氧的海水通过他们的身体。但是由于缺乏可用的氧气，深海的埃迪卡拉纪变得很稳定。在浅海中，太阳和季节的变化可以使海水温度产生剧烈的变化，现代海洋的温度波动可达10摄氏度（50华氏度）。相比之下，在海平面1公里（62英里）以下，季节变化引起的温度波动则小于1摄氏度。思博林解释说：“而在浅水区，气温每天和每年的变化都很大。”在一个氧气含量低的环境里，无法调节自身体温的动物无法承受这样一个经常波动的环境温度。

斯坦福大学的研究小组与耶鲁大学的同事们合作提出，动物对环境温度稳定的需求决定了动物在哪里进化。思博林说：“唯一温度稳定的地方是深海。在氧气有限的世界里，新进化的生命需要尽可能高效的利用氧气，而这只能在温度相对稳定的深海才能实现。这就是为什么动物出现在那里的原因。”

编译：小贝

审稿：alone

责编：南熙