古生物比人类提前8000万年懂得碳60结构的优势,并用来装备自己

在宇宙中,碳是一种非常神奇的元素,拥有着大量的同素异形体。比如我们手中的铅笔芯是石墨、结婚戒指上的钻石,本质上都是碳,但是却形成了不同的结构。在上学的时候,我们还学过一种碳的同素异形体,那就是足球碳。这种结构非常特殊,由60个碳原子构成了一个大分子团。20世纪末,人类首次发现了这种物质,并且进行了深入的研究。

不过,最近生物学家指出:虽然人类在几十年前才发现这种物质结构,但早在8000万年前,就有更古老的生物发现并且实际运用这个结构,帮助自己在自然界生存。

为了研究古生物在自然环境下的适应能力,来自西澳大利亚大学(UWA)和剑桥大学的研究小组利用特殊的绘图技术,对两种生活在白垩纪的海洋生物的结构进行了几何还原。这两种生物分别是犹因他海百合(Uintacrinus socialis)和囊百合(Marsupites testudinarius),都是棘皮动物门海百合纲的生物,生活在8000万年前,也就是恐龙时代的晚期。

生物的外形对于它们在自然界的演化和生存非常重要,有些外形不太稳定、有些外形甚至根本不可能形成。只有那些合理并且合适的外形,才能让生物持续生存下去。如果我们能够还原古生物外形的立体拓扑结构(你可以简单理解为几何外形),就可以更好地理解生物的演化到底是向前走还是向后退。

(图片说明:现代的海百合)

“活下去才是硬道理,”西澳大学古生物进化学家Aaron Hunter说,“球状结构不仅可以承受较大的压力,还能够包裹住身体保护自身安全,又可以提供浮力。”

“海百合”的名字很有迷惑性,让人误解它们是植物。的确,它们的附肢(appendage)就像植物的叶子一样漂浮在水面,又有像茎一样的结构插进海底。但是,白垩纪这两种海百合有力地反击了这个观点,它们根本没有所谓的茎,在海底的石灰石沙土中安家,并且可以通过海水的洋流浮上来,寻找更安稳的住处。

“就这样,这些动物散布到了全世界从美国德克萨斯州到西澳大利亚卡尔巴里的白垩纪岩层中,我们都已经发现了这些动物。”Hunter告诉我们,“它们可能会像雪地靴一样牢牢抓在海底,或者漂浮起来寻求更安全的住处。”

(图片说明:犹因他海百合化石)

而能够控制沉浮的球状花萼,正是让科学家们感兴趣的地方。当他们仔细研究这些结构的造型时,竟然发现其表面还可以分为许多五边形或者六边形的小版块。这样的结构,让他们想起了著名的足球烯。

足球烯又叫碳-60,也叫富勒烯、巴基球、富勒球碳,是由60个碳原子形成的立体球状结构,在20世纪末被发现。它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。足球烯拓展了人类对碳原子所能形成结构的认知,具有很强的牢固性,因此被我们广泛应用。在材料方面,我们合成碳纳米管等非常坚固的结构作为未来人类使用的先进材料,本质上都是足球烯的原理。另外,建筑学上还有一种叫做富勒球的结构,也和足球烯有异曲同工之妙(准确地说,足球烯的想法正是从富勒球来的,所以才叫富勒烯)。

(图片说明:足球烯结构示意图)

如今的这项发现,是人类首次在自然界发现类似结构的生物。虽然它们未必懂得化学、建筑学、数学,但是却凭借着漫长岁月的演化,形成了这样的结构,和人类的发现殊途同归,但是却比人类早了8000万年的时间。

Hunter表示,这种足球烯结构是“我们第一次在化石中发现这样的结构”,而至于这些生物为何没有逃脱灭绝的命运,目前还是个谜。

另外的一个问题是:这样复杂的结构是怎样演化出来的呢?

(图片说明:两种海百合的化石呈现出足球烯的结构)

目前的研究显示,这两种海百合的生活时代有大约100万年是重合的,也就是恐龙生活的时期。在那个时期,海洋捕食者也在不断进化,出现了一些恐怖的猎食者,或许这是督促它们形成这样牢固结构的动力。

奇怪的是,同样演化出了这样的结构,但两种海百合却有着不同的命运。研究人员通过建模发现,囊百合也演化出其他结构的可能性非常低,于是足球烯这样的结构几乎就成为了必然。

而对于犹因他海百合来说,情况就不一样了。虽然它也演化出了足球烯的结构,但是其中的板块既小又平,无法像囊百合的外壳一样提供足够的刚性。

或许,这就是导致两种海百合命运截然不同的原因。

(图片说明:富勒球建筑,极大程度上减少表面积,并且结构更稳定)

说到这里,我们就不得不讨论近些年来比较热门的一种说法,那就是进化论的翻译问题。越来越多的人认为,进化论这种翻译方式并不正确,因为这和英文本意并不相同。所谓的“进化”,本质上就是基因突变。但是,没有基因知道自己变成什么样会更好。突变都是没有方向的,然后经过自然的筛选,适合环境的留下来,而不是所谓好的或者坏的。因此,基因的突变无所谓好坏,也无所谓进退。这样看来,演化论这种说法才更加贴切。

两种海百合的命运,再一次向我们证明了这一点。物种的演化就像是一次疯狂的豪赌,赌赢了就能生存下来,输家最终退出历史舞台。

(图片说明:两种海百合生存的白垩纪海底)

事实证明,即使是足球烯这样相对稳定的结构,即使囊百合的形状更优,最终也还是没能逃出灭绝的命运。如今,我们也只能在化石中看到这种远古生物。它适合当时的环境,但是不适合后来的环境,我们又怎么能说这就是“进”化呢?

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