生命早期黏糊糊的動物是如何進化出堅硬的外殼和骨骼的

導言：眾所周知，動物王國充滿了長著硬殼、甲殼和骨骼的動物。但是複雜的生命在一開始是非常脆弱的。一項新的研究闡明瞭事情是如何以及何時發生變化的。

螃蟹： 圖片來源於網路

今天，許多動物用碳酸鈣建造它們的骨骼或外殼，包括棘皮動物、軟體動物和珊瑚。這些動物使用非晶態或非晶態奈米顆粒作為它們的構建材料，而不是從周圍的海水中一個離子一個離子地構建晶體。

研究人員發現，當碳酸鹽骨骼在5億多年前首次進化時，不同的動物群體都聚集在一個類似的、違反直覺的生物礦化過程中。

這些動物不是在分子水平上構建骨架，而是首先形成無定形碳酸鈣奈米顆粒。然後他們將這些顆粒儲存在囊泡中，用來將它們運送到結晶的地方。

這種結晶方法早在20多年前就在海膽的牙齒中被首次記錄下來。從那時起，科學家們就注意到了整個動物界的這一過程，涉及到不同的礦物質。更重要的是，不同的動物群體似乎已經獨立地確定了這種生物礦化的方法，所以一定有什麼原因。

鑑於這一過程的普遍性，Porter和合作者想要確定他們能在多早的時期找到這一過程的證據。他們的發現發表在《PNAS》上。

科研團隊在掃描電子顯微鏡下觀察貝殼和骨骼時，顆粒附著結晶會在外殼和骨骼中留下不規則的顆粒結構。在對5億多年前的化石進行成像時也發現了同樣的模式。

研究的古代材料中有最早骨骼生物

Cloudina

——埃迪卡拉紀晚期一類重要的標準化石。這個屬是以Preston Cloud命名的，Preston Cloud是一位已故的生物地質學教授，也是研究早期生命的傑出學者。

圖片來源於論文

研究小組在

Cloudina

化石中發現了與其他透過顆粒附著形成晶體的動物相同的不規則奈米結構。這表明，在動物剛開始進化礦化骨骼時，它們可能並不擅長生物礦化，但它們已經選擇了這種機制。

研究結果表明，即使在早期，不同的世系之間也存在這種特定機制的選擇。當你一次又一次地看到某樣東西被選中時，這表明它是最有利的。雖然動物會使用非晶態材料來創造最終形成它們骨骼或外殼的晶體，這是違反直覺的，這種機制似乎比傳統模型所建議的簡單地一個離子一個離子地建造，更能控制礦化。

首先，當這些粒子被限制在小泡中時，它們非常穩定:這種物質不會立即結晶，而是保持非晶態。這使得動物可以保留周圍和可用的成分，同時保持關於礦化骨骼形成的時間和地點的靈活性。

此外，像碳酸鈣這樣的化合物可以根據環境條件具有不同的結構，從而形成不同的礦物。透過將這些分子儲存在非晶態，動物可以更好地控制它們的形態，或者它們的變形。

如今，科學家們感興趣的是，整個世系第一次採取何種大規模的模式進化骨骼，以及當時環境和生態條件的如何影響這些骨骼。比如Cloudina，可能對骨骼的形成過程沒有特別強的控制能力。但到了寒武紀，碳酸鹽礦化劑的外殼是複雜而有組織的。顯示對骨骼有更大的控制力。

參考資料：

1。 How squishy animals evolved strong shells and bones

2。 Biomineralization by particle attachment in early animals

3。 News from UC Santa Barbara

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