麻省理工學院的一項研究發現，地球上最早的動物可能是古代海綿

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體在某一時刻產生的生物分子的痕跡，這些痕跡被掩埋、改造並被困在沉積物中數億年。

新發現的分子屬於甾烷類，它們是膽固醇等甾醇的穩定殘基，構成複雜生命細胞膜的一部分。透過分析它們的結構，科學家將這些海綿與海綿（海洋海綿的主要類別）聯繫起來。如今，海綿有多種形狀、大小和顏色，作為軟濾食動物生活在世界各地的海洋中。它們的遠古親戚可能很相似，因為它們都是軟體海洋生物。

麻省理工學院地球、大氣和行星科學系 (EAPS) 斯倫貝謝地球生物學名譽教授羅傑·薩蒙斯 (Roger Sammons) 表示：“我們並不確切知道這些生物體當時的樣子，但它們肯定生活在海洋中，是軟體的，而且我們假設它們沒有二氧化矽骨架。”

這些海綿特有的化學特徵的存在強化了這樣的論點：海綿動物的祖先是最早進化的動物之一，出現在大多數其他主要動物群體之前。

研究團隊包括第一作者、麻省理工學院前 EAPS Crosby 博士後研究員、現加州理工學院研究科學家 Lubna Shawar，以及加州大學河濱分校的 Sammons 及其同事 Gordon Love、康乃爾大學的 Benjamin Ovejes、休士頓 GeoMark Research 的 Alex Zumberg、瑞典烏普薩拉大學的 Paco Cárdenas 以及紐約州立立大學環境科學與路易斯

重溫 2009 年在前寒武紀岩石中的發現

這項工作是基於該小組於 2009 年首次發表的一項研究。當時，他們分析了阿曼露頭的岩石，發現來自 30 碳 (C30) 甾醇的甾烷濃度異常高。這些稀有的類固醇分子似乎起源於古海綿。

這些岩石的歷史可以追溯到埃迪卡拉紀，該紀持續了約 6.35 億至 5.41 億年前，就在複雜的多細胞生命迅速多樣化的寒武紀之前。先前的研究結果表明，海綿早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 硬脂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。

這項新研究進一步證實了海綿假說。研究團隊在相同的前寒武紀岩石中發現了另一種獨特的化學化石，它很可能來自生物體，而不僅僅是來自化學。

稀有甾醇和尋找早期動物生命

與先前的調查一樣，研究人員檢查了從阿曼、印度西部和西伯利亞的鑽探樣本和露頭收集的埃迪卡拉岩石。他們尋找甾醇，這是在所有真核生物（植物、動物和任何具有細胞核和膜結合細胞器的生物體）中發現的甾醇的穩定版本。

「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。

甾醇具有四個相連碳環的基本結構。不同的生物體會透過添加碳側鏈和其他化學基團來修改這種結構，這取決於它們攜帶的基因。在人類中，膽固醇含有 27 個碳原子，而植物固醇通常含有 29 個原子。

「找到具有 30 個碳原子的甾醇是很不尋常的，」Schauer 說。

先前的研究已經鑑定出一種 30 碳甾醇，與海綿動物中常見基因編碼的特定酶有關。在新的分析中，研究小組意識到同一基因還可以產生一種更稀有的 31 碳甾醇 (C31)。當他們重新檢查岩石樣本時，他們發現了大量的 C31 甾烷以及先前發現的 C30 形式。

「這些不明飛行物一直都在那裡，」紹爾說。 “需要提出正確的問題來研究它並真正理解它的含義和來源。”

實驗室檢驗證實生物起源

為了確認其來源，科學家研究了活體海綿，發現一些物種會產生 C31 甾醇，這是保存在岩石中的 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。在將這些分子置於模擬數百萬年埋藏和地質轉變的條件下後，他們將結果與古代樣本進行了比較。

合成的八種甾醇中只有兩種轉化為與岩石中發現的 C31 甾醇相匹配的化合物。其他六種產物的缺失顯示這些分子不是由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苯乙烯源自生物體的結論。這些生物可能是海綿類動物的早期祖先，如今它們仍然保留著產生類似化合物的能力。

「它是岩石中的成分、海綿中的成分以及化學實驗室中可以製造的成分的組合，」薩蒙斯說。 “我們有三個共同商定的支持性證據，證明這些海綿是地球上最古老的動物之一。”

「在這項研究中，我們展示瞭如何驗證生物標誌物，驗證訊號是否真正來自生命，而不是污染或非生物化學，」紹爾補充道。

擴大對第一批動物的搜索範圍

既然 C30 和 C31 甾醇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。迄今為止的樣本顯示這些海綿生活在埃迪卡拉時期。研究小組希望利用額外的材料更準確地確定一些第一批動物首次出現的時間。

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部分支持。