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細菌能幫助原始動物呼吸

許多微生物扮演和植物一樣的角色,它們能藉由光合作用,大幅增加所處地點的氧氣量。這或許是使原始多細胞生命,在遠古缺氧的環境中還能欣欣向榮的關鍵。科學家分析委內瑞拉洛斯羅克斯潟湖裡的微生物墊,研究這個概念。

和大多現存的微生物墊(microbial mats)一樣,洛斯羅克斯潟湖微生物墊的表面,由藍綠藻或藍藻組成,而較底層則是硫化物氧化菌。但洛斯羅克斯潟湖獨特的高鹽環境,並不適合植食性動物棲息,所以該地區的微生物墊,能像五億四千兩百萬年前的埃迪卡拉(Ediacaran)時期一樣,完整覆蓋整個湖底。當時,多細胞動物才正開始發展。

加拿大阿爾伯塔大學的古生物學家Murray Gingras,分析了微生物墊內外水的化學性質。他和他的同事發現,雖然在微生物墊表面的含氧量極低,約只有0.10大氣壓(atm),但白天可以因為微生物藉由光合作用得到能量,釋出氧氣,而提高到0.25及0.45大氣壓。甚至在微生物墊本身表面的幾毫米處,幾乎能得到純氧,約1.05大氣壓。

現在大氣中的氧氣組成約0.21大氣壓,但多細胞動物方在地球上出現時,環境氧氣普遍只有0.10大氣壓,這並不適合多細胞動物生存。南澳大利亞博物館的古生物學家Jim Gehling解釋:「一天中的氧氣濃度波動,對別於單細胞生物的多細胞動物而言,非常棘手。」

Murray Gingras和他的研究團隊認為,微生物墊扮演關鍵的角色,幫助早期的多細胞動物得到它們所需的氧氣。他說:「我們推測,這些動物利用很小但富含氧氣的區域,就如同沙漠中的綠洲。」

古生物學家很早就假設原始多細胞動物仰賴微生物墊為生,因為動物化石和微生物墊常常一起被發現。但這項研究是首度證實,微生物墊扮演對動物群供氧的重要角色。

英國牛津大學的古生物學家Martin Brasier也認為,藻類微生物為早期多細胞動物提供氧氣庇護所,是個非常有趣的概念。

但仍有一些小問題。因為高氧氣濃度是光合作用的結果,所以高氧狀態只當陽光照射時存在;而在夜間微生物墊附近就會成為缺氧環境。研究人員在洛斯羅克斯潟湖也發現類似的現象,而居住在墊子裡的小蟲子,在入夜後會進入休眠狀態,以應付缺氧的問題。但科學家不確定,是否早期多細胞動物也有類似的現象。

資料來源:NatureNews: Bacteria helped early animals to breathe [15 May 2011]

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關於作者

Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。