地球早期生命发展演化的大体轮廓(之一)

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发布时间:2014-06-06 21:28:30

 

20世纪70年代末—80年代,原地质矿产部科技司曾组织大批专家对前寒武纪的地层古生物进行过攻关式的研究。初步摸清了这一大段时期全国性的地层划分对比和地球早期生物发展演化的大体轮廓。现作个简要介绍
第一节太古宙—中元古代[约前38亿年-约前10亿年]的生物
一、太古宙时期(约前38.5—前25亿年)的生物
太古宙,宙(eon)是国际地质年代表中表示延续时间最长的第一级地质历史时代单位。相当于一个“宇”(第一级年代地层单位)形成的时间。太古宙指的是距今25亿年以前的那段地质历史时期,也就是地壳形成的早期阶段。那时,生命已经大量存在。
已经发现的化石有微古植物——始球藻,它们普遍分布在北美、格陵兰、澳大利亚、南非的太古宇(宇是对与宙时期相同地壳形成的地层系统的称谓)地层和古元古界地层(同位素年龄在38亿年~19亿年)的14个含铁建造的地层中,说明它们在全球已普遍存在。同时存在的还有一些生物造成的囊状和丝状有机质体以及他们认为的菌藻类和类似于现代的二氧化硅细菌等。
这些生物当时还积极参与了改造世界的地质作用,形成了著名的硅铁建造和在其他岩性中的球形、丝状构造。
在西澳大利亚皮尔巴拉地块(Pilbara Block )(约前35亿年)的Warrawoona群碳质燧石中发现了叠层石和丝状细菌。
在南非的昂威瓦特统(Onverwacht Series,约前34亿年)地层中,发现一些直径2~6 mm的球形及椭球形有机体,可能为蓝藻或细菌;约前32亿年-前30亿年的无花果树统(Fig-Tree Series)发现了一些直径为0.1~0.75微米的可能是原始细菌(Eobacterium isolatum )的生物。
在我国的太古宇地层的鞍山群(同位素年龄约38亿年)中,有以球状或其他形态的单细胞生物和极少丝状体,可能属于蓝藻门的分子。还有最早出现于31亿年前生活于潮间带至潮下带的海底生物群,它们具有层状、圆穹状或圆柱状结构特征,体积为若干厘米到几米,由钙质无机物质形成的化石,它们呈胶结物的形式沉淀于微生物集团的生长面上。被认为是太古宙生命存在的最可信的直接证据(Routhier,1982)。
这些情况说明,在前38亿年-前25亿年这段时间里,世界不少地区已经普遍生活着始球藻、细菌、丝状细菌和各种菌藻类的原核生物(可能属于蓝藻)。
二、古元古代(前25亿年-前18亿年)时期的生物
古元古代,代(era)是国际地质年代表中第二级地质时代单位。相当于一个“界”(第二级年代地层单位)所形成的时间。是宙的下一级单位。古元古代指的是距今在前25亿年~前18亿年的那段地质历史时期。地表生存的生物,除了前述太古宙的细菌、蓝藻外,在加拿大还发现了冈弗林特(Gunflint)蓝藻生物群(前20亿年)等原核生物(所谓原核生物指的是核质与细胞质之间不存在明显的核膜的生物总称)。
在我国,水下沉积的生物遗迹有较多的叠层石;还有20世纪90年代,孙淑芬、朱士兴在华北地区古元古代滹沱群豆村亚群的大石岭组地层、青石村组地层(约前25亿年-前24亿年)中,发现的较丰富的微古植物。如:单球藻(Pseudofavososphaera obsoleta、Leiosphaerideabaltica.L.sp. Favososphaeridium densum、Turuchania alara);船形藻类(Trachyarachnitum incrassatum);多面藻类(Triangumorpha crassa);丝状藻类(Taeniatum crassum、Siphonophycus)(见图-1)、Polysphaeroides farmosum等,这些可能皆属于单细胞真核浮游生物(真核生物,指核质与细胞质之间存在有明显核膜的生物总称)。
这些直径由80~125微米(mm)的圆形、三角形藻体和宽30~40mm、长60~80mm的船形体以及宽5~10mm、长约300mm丝状藻体的发现,已经表明,在世界上,约前25亿年~前24亿年,已经出现了真核生物。开始了真核生物与原核生物并存的生物发展时期。
三、中元古代(约前18亿年—前10亿年)时期的生物
在约前18亿年—前17亿年间的长城系常州沟组、串岭沟组地层中,朱士兴等在20世纪80~90年代曾获得大量的真核生物化石。张鹏远(1979)在天津蓟县青山村南的蓟县系雾迷山组地层底部的碳酸盐岩黑色燧石中,曾获约前13.5亿年-前14.3亿年间的多核体绿藻化石—震旦塔藻(Templuma Sinica)(图-2)。
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  图1管状藻丝体(产自山西五台山滹沱系青石村组,同位素年龄约25亿年—24亿年)
   图2.是震旦塔藻(蓟县系雾迷山组底部,约前14亿年的真核生物多核体绿藻化石)

张昀(1978)在河北曲阳北孝墓的蓟县系雾迷山组下部找到许多13亿年前正处于细胞分裂繁殖状态的单细胞球形和丝状藻类真核生物化石。如,正在出芽的中国内环球藻和未定名的正处于分裂末期的细胞(见图-3,图4)。
 
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图3中国内环球藻(真核细胞出芽现象), 图4真核生物处于分裂末期的未定名细胞(13亿年前)。图3、图4、具有细胞核。 
 
朱士兴等(1993)〔在蓟县古元古代长城系团山子组下部(约前17亿年)的地层中发现大量以叶状形态为主的碳质宏观化石,朱士兴、孙淑芬等(1997~1998)又在河北兴隆-宽城地区的常州沟(约前18亿年)发现3182个分别具有群体状、假薄壁组织状和薄壁组织状等3种多细胞组织的圆盘形、椭圆形和香肠形宏观碳质压型化石(Carbonaceous compressions),部分化石还具有精子囊、囊果和果孢子囊状等有性生殖结构。这些碳质的化石分别称为丘阿尔藻(Chuaria)状、寿县藻(Shouhsienia)状(图-5)和塔乌藻(Tawuia)状化石。显然,这些是约前10亿年的丘阿尔藻(Chuaria)、塔乌藻(Tawuia)、寿县藻(Shouhsienia)等生物的祖先。
生命在这段时间确实产生了质的飞跃。由于这一时期生物很难形成化石,所以该时代的藻叠层石、叠层石礁灰岩、白云岩中的沥青质和页岩中占1%左右的有机碳,都反映出当时小型生物的繁盛。
综合上述情况可知:生存在太古宙时期(约前38.5—前25亿年)的生物为始藻、原始细菌、丝状细菌和各种菌藻类的原核生物(可能属于蓝藻)。生活在古元古代(约前25亿年—约前18亿年)时期的生物有蓝藻生物群、微古植物单球藻类、船形藻类、多面藻类、丝状藻类等,开始了真核生物与原核生物并存的生物发展时期。
生活在中元古代(约前18亿年—前10亿年)时期的生物为宏观藻类,如多核体绿藻化石Templuma Sinica(震旦塔藻)、中国内环球藻(Endocricosphaera Sinensis)等;还有宏观碳质压型化石(Carbonaceous compressions),如丘阿尔藻(Chuaria)状、寿县藻(Shouhsienia)状(图-5)和塔乌藻(Tawuia)状的藻类。可见,这一时期的真核生物已经逐步发展。