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發現 10 億年前真菌化石 或揭最初生命如何抵達陸地

2019/5/23 — 15:35

新發現的真菌
Credit: Loron, C.C. & et al. (2019).

新發現的真菌
Credit: Loron, C.C. & et al. (2019).

最新刊於《自然》的研究指,在加拿大西北北極地區,發現到已知最古老、有 10 億年歷史的微型真菌 Ourasphaira giraldae ,或會改變人類對生命如何從水中演至陸地繼續生活的看法。

現時已知的真菌種類達到 1.2 萬,但曾有評估指地球絕仍有極大量真菌未被發現,實際可能蘊藏高達 330 萬種真菌;相比已知哺乳類種類只有不足 6,400 種,真菌顯然是自然界中其中一個有極高多樣性的生物。

真菌的成功之道在於其獨特攝取養份方式:它們會釋出酵素,分解附近的細胞甚至岩石。這種攝取養份方法雖然會對人類、蛙類以及農作物引致多種疾病,但同時是某些生物生存的必須。例如牛胃就有真菌幫助消化吃下的草,很多植物根部也有真菌幫助吸收養份。當動植物死亡時,真菌的酵素也是分解屍體組織其中一員,釋放當中養份供其他在生生物使用。

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由於真菌對生態有一定重要性,科學家一直想了解其演化歷史,然而真菌孢子菌絲等組織都難以變成化石,所以過去未有太多古代真菌可供研究。

19 世紀初,已有學者在蘇格蘭找到一批約有 4.07 億年歷史的真菌,它們均於一個礦物豐富的熱泉遺址發現,保存狀況亦極為良好。該批化石是當時人類已知最遠古真菌的證據,並認為是生命抵達陸地最早的存照,也可顯出真菌與植物一開始已是生態夥伴。

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然而,後來有學者對比不同品種的真菌 DNA ,並以生物分子鐘 (molecular clock) 找尋生物演化時序,因為分子鐘能紀錄生物 DNA 的生物分子變異率。學者發現蘇格蘭真菌雖然確實是真菌類最早一批成員,但現代真菌並非其直系後代,相反兩者的共同祖先在 10 億年前已出現。

期間的 6 億年空白期,真菌到底怎樣演化是近年學者想找到的秘密,此前也有研究發現了一些疑似微型遠古真菌,但由於特徵並不明顯,以及保存質量較次,而無法判斷是否為真菌。直至 2014 年,加拿大地質調查計劃的 Robert Rainbird 於加拿大西北北極地區的地質考察,發現到其中一塊頁岩有黑色斑點,才再燃起解答問題的曙光。

當時, Rainbird 只認定斑點是微型化石,沒想過是真菌。他將樣本轉交至比利時古生物學家 Emmanuelle Javaux 的團隊進行詳細分析,當時只確認為是略比細菌大、居於河口附近的單細胞生物。

在 2017 年, Rainbird 與 Javaux 的團隊再到當地進行第二次地質考察,終於在附近的頁岩發現類似孢子的球體,團隊利用電子顯微鏡與觀察到真菌的多細胞結構、其 T 字型分支、隔膜絲狀體 (sepptate filaments) 與雙層細胞壁結構,並確認化石來自 9–10 億年前的新元古宙代 (Neoproterozoic era) 。團隊又利用傅里葉轉換紅外光譜 (Fourier-transform infrared spectroscopy),也測量到常見於真菌細胞壁的甲殻素 (chitin) 存在,這種成份通常在昆蟲與甲殻類外骨骼找到。

未有參與研究的有機地質化學家 George Cody 提醒,紅外線分析到的甲殻素有機會是其他分子,但如果再被獨立隊伍確定為真菌,將可更了解真菌如何在遠古生存。

現時已知最早植物出現於 4.7 億年前,但如果是次研究的真菌在 10 億年前已出現,換言之真菌比植物早到達陸地生活,但當時的真菌又以甚麼維生?團隊推測是細菌,因為最早的細菌已於 32 億年前誕生;另一個可能是, O. giraldae 本身於河口底部生長攝取藻類,由於植物是由藻類演化出來,河口棲息地可能就是真菌與植物共生關係的孕育地。

來源:
The New York Times, How Did Life Arrive on Land? A Billion-Year-Old Fungus May Hold Clues, 22 May 2019
ScienceAlert, Scientists Have Discovered The Oldest Fossils of Multicellular Life on Land, 23 May 2019

報告:
Loron, C.C., François, C., Rainbird, R.H. & et al. (2019). Early fungi from the Proterozoic era in Arctic Canada. Nature, Published Online. DOI: 10.1038/s41586-019-1217-0

文/Alan Chiu、審核/Edward Ho

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