肠道细菌有助于将动物变成化石

Philip Donoghue不再吃大量的虾了。 很难责怪他。 作为英国布里斯托尔大学的古生物学家,他一直在研究盐水虾( 卤虫 )如何在各种环境中腐烂 - 这是科学中“不太性感的一面”之一,他笑着说。 但多亏了Donoghue的工作,这种不起眼的甲壳类动物可能有助于解决一个重大的进化神秘:为什么有些动物在化石记录中比其他动物保存得更好。

“他们在这项研究中已经完成了许多以前没有做过的事情,”伦敦自然历史博物馆的古生物学家Greg Edgecombe表示,他没有参与这项工作。

绝大多数生物永远不会化石化。 在岩石中保存动物的解剖结构是一种罕见的事件,需要严格的地质和化学条件。 像皮肤或肌肉这样的化石软组织甚至更罕见,因为它们在矿化发生之前很快就会腐蚀而无法识别。 人们很容易认为微生物 - 腐烂和循环利用的伟大中介 - 将成为高质量化石的天然敌人, 但Donoghue花在观察虾废弃物上的时间似乎暗示恰恰相反。

盐水虾是半透明的,允许研究人员无创地观察死后细菌如何填充体腔。 他们发现自然发生的肠道微生物在死后迅速填满整个消化道,有时只需2小时。 最终,细菌和它们的废物的积累使肠道破裂,并且微生物溢出虾的内部结构的其余部分并开始消化它们。 如果条件有利,微生物将自身排列成称为生物膜的有组织层,其可以在富含磷酸盐或钙的结晶网中涂覆表面。 这些晶体结构用作动物内部解剖结构的铸模,并且在所有软组织被细菌吃掉后很长时间存活。 研究人员认为,这些被生物膜遗留下来的结构实际上被保存在含有软组织的稀有化石中。

但它并不那么简单:即使细菌在肠道中积聚并扩散到体腔的其他部分,它们通常也不会及时到达以保护组织结构。 在大多数情况下,肠道外的细胞在微生物逃离消化道之前开始破裂和分解,特别是如果存在来自外部环境的细菌以加速衰变过程。 然而,Donohue的研究小组发现,非常低的氧气条件 - 例如将虾胴体埋在海底的沉积物中 - 可以减缓自然腐烂,足以让细菌有时间制作化石模板。 其他研究表明,特殊的化石倾向于在低氧环境中形成,Donoghue的虾观察似乎也同意。

Donoghue的团队通过在环境中添加抗生素来减缓外来细菌的恶化,进一步加强了保存。 因此微生物是一把双刃剑 - 促进腐烂和保存。 “由于微生物过程,我们有这个窗口,因为微生物过程会导致解剖结构丢失,但另一方面,它们在保存中起着至关重要的作用 - 一个最佳点,”Edgecombe说。

今天在线发表在英国皇家学会会刊B上的结果也可以帮助解释为什么保存在化石中的最常见的软组织往往来自肠道。 因为细菌来自那里,所以在肠道细胞结构分解过多之前,它们最有可能形成生物膜。 为了捕获其他身体组织的印记,肠道必须快速破裂并且条件必须低氧。

Edgecombe认为这可以解释为什么几乎没有大于2毫米长的化石显示出非常特殊的保存; 在动物分解之前,根本没有足够的时间让肠道细菌完成它们的工作。 研究人员还指出,含有口腔和肛门的真正“彻底肠”的动物比珊瑚和水母这样的动物更容易留下高质量的化石,这些动物通过珊瑚和水母进食和排泄。洞,是细菌少得多的家园。 Donoghue说,肛门的进化似乎已经产生了更复杂的微生物组,因此“绝对增加了留下特殊化石的机会”。

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