复杂生物，也称为“高等生命”，它们的出现是生命演化史上极为重要的革新事件，意味着地球生物圈从以微生物为主的世界转入以动、植物大规模发育为特征的宏体复杂生物世界。近期，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队结合化石证据与现代生物学成果，认为距今18-8亿年，这一被地质学家称为“枯燥的十亿年”的时期，并不“枯燥”，它建造了复杂生物的根基。该综述以封面文章形式发表于《科学通报》杂志。
放眼如今生机勃勃的地球，无论是山岭丘壑还是平原万里，是澄澈碧波还是沉寂深渊，由动物、陆生植物、真菌与藻类构成的多细胞复杂生物们主宰着生物圈。但当回溯“霸主”们最初的起源时，这条演化之路显得蜿蜒曲折。
自38亿年前生命在地球上出现，结构简单的原核生物们享受了长久的安乐，直到距今约16亿年，内共生作用的产物——真核单细胞生物在岩石中留下了痕迹，复杂生命的幼小种子才开始在地球各地播下。然而直到距今约10亿年前后，多细胞真核藻类终于较多出现在化石记录中，才象征着复杂生命蓬勃兴起的序幕正式拉开：全球广布的Chuaria-Tawuia碳质压膜化石组合可能代表了早期的宏体藻类（图1），而同时期出现的丝状体化石Proterocladus和Bangiomorpha更是表现出了与现生绿藻与红藻相似的诸多特征（图2）。化石证据显示当时的藻类普遍具备分裂生殖的能力（图3），而有性生殖可能也在此时初现端倪，推测其可能与早期的寄生、共生作用有关。
与藻类相比，动物祖先的踪迹就隐秘了很多，目前人们未能发现这个时期可靠的早期动物祖先的化石。但依据分子钟研究推测，动物的单细胞和多细胞祖先可能也在距今约19-10亿年间起源。而对于真菌这一类群，较为可靠的化石证据也出现在距今约10亿年前，这也说明真菌的祖先在10亿年之前的某个时期就已经在地球上生存。
有趣的是，大量的地质记录显示，距今18-8亿年前的地球经历了一段极其“沉寂”的时期，大地构造、大气氧气含量、海洋环境等各项指标都显示出长久的稳定，这段时间也被称为“枯燥的十亿年”（图4）。而在缺乏环境压力的情况下，生命演化的进程似乎也应该“随遇而安”地按下“暂停键”，但化石证据与分子研究都显示，复杂生物“根部”类型的诸多演化事件（如前文所述）都发生在这一时期（图4）。或许安稳的环境为演化“试错”提供了良好的时机，原生生物和原核生物悄然地发生了寄生、共生和基因转移等一系列相互作用, 演化出了复杂生物各大类型的单细胞祖先，并进一步实现了多细胞化和细胞分化。也许就生物演化而言，“枯燥的十亿年”并不“枯燥”，复杂生命的根基在此刻已然开始构建。
然而，萌芽的复杂生物却在不久之后经历了一场凛冽的寒冬。大约在距今7.2-6.3亿年间, 地球上发生了两次全球性的极端寒冷事件，即“雪球地球”事件。极端的低温、大面积海水（甚至全球海水）被冰盖覆盖、陆源营养物质输入的停滞等都给当时的生物带来了极大的选择压力，使生态系统的结构发生了巨大变化。可惜的是，由于沉积记录的缺乏，我们难以窥见当时生命的演化情况，但我们看到了冰期结束后复杂生物快速辐射演化这一结果。或许是恶劣环境带来的“厚积薄发”的生命力，或许是被淘汰的大量原核生物腾出了大量的空白生态位的机遇，或许是在冰川消融后大量汇入海洋的营养物质，总之以蓝田生物群（约6亿年前）为代表的复杂生物在这场灾难中幸存并蓬勃发展，在接下来的埃迪卡拉纪中晚期（5.8-5.4亿年）分化出更为丰富的类型，在海洋根植、爬行、漂浮，扰动并改造着身处的环境，成为了地球生物圈新的主体。
斑驳的地球史书记录下了这棵复杂生命之树根植于“枯燥十亿年”，生长于凛冽寒冬中，又于埃迪卡拉纪舒展枝丫，而这段惊心动魄的地球往事还有许多扑朔迷离的细节等待着人们去揭示和想象。
本研究得到国家自然科学基金、中国科学院B类战略性先导科技专项、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会和现代古生物学和地层学国家重点实验室项目的联合资助。
本次科普宣传与策划得到科技部国家重点研发计划青年科学家项目支持。
论文相关信息：袁训来, 庞科, 唐卿, 李光金, 肖书海, 周传明, 陈哲, 陈雷, 万斌, 王伟, 关成国, 欧阳晴, 牛长泰, 王霄鹏, 刘雅榕. 复杂生物的起源和早期演化. 科学通报, 2023, 68: 169–187. https://doi.org/10.1360/TB-2022-0804.
图1 封面图展示了安徽寿县距今10-9亿年刘老碑组宏体碳质压膜化石Chuaria-Tawuia组合。其中圆形的是Chuaria，棒状的是Tawuia，它们广泛出现在世界各地10-8亿年间的地层中，被认为可能是早期的多细胞或多核体藻类。
图2 距今约10亿年左右的丝状体化石Proterocladus(a)以及Bangiomorpha(b)，它们分别被认为是绿藻与红藻的祖先。(Tang et al., 2020, Nature Ecology & Evolution, 4, 543–549; Butterfield, 2009, Precambrian Research, 173, 201–211)
图3 山东安丘石旺庄组距今9-8亿年的具分裂结构的藻类化石
图4 “枯燥的十亿年”期间生物演化及其环境背景。灰色背景部分为“枯燥的十亿年”阶段，复杂生物的起源与早期演化都发生在这一时间段。黄色背景部分为新元古代3次大冰期。
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