千奇百怪，种类繁多！化石是远古生物为人类留下的最神奇的宝藏。
（图源@文献[1]）
在漫长的地质时间长河里，
化石以自身的形态和特征，记录了地球演变和生物进化的各种真相！
（图源@文献[1]）

（图源@文献[1]）（图源@Dr. Torsten Scheyer）
（图源@Cana）

（图源@NMNH）

这些最古老的化石究竟隐藏了什么秘密？

01最早生命的证据
目前所知的世界上

最古老的岩石位于澳大利亚。

而最古老的化石是

35亿年前的细菌群落叠层石。

古细菌叠层石（图源@Atlas Obscura）
叠层石的结构类似于今天澳大利亚的一些细菌。由于细菌一层层生长，并捕获了矿物质，叠层石呈现出特有的尖刺图案。
古细菌叠层石（图源@UCMP）
这些古老的细菌群落叠层石成为地球上生命最早存在的有力证据之一。但据科学家研究，地球上生命的痕迹还可能追溯到更早时期。
澳大利亚的古代细菌（图源@UCMP）
岩石的形态随着外界环境的变化经常发生改变，或被熔化，或被粉碎，或者两者均发生。但其所含的一种被称为锆石的微小晶体比普通岩石要坚硬得多，当旧岩石被破坏时，它们可以并入新岩石中。
天然锆石
科学家们已经鉴定出41亿年前的锆石中含有微量碳，而这些碳的化学性质与生物活动是一致的。

也就是说，如果研究人员可以证实这些41亿年前的锆石中含有生命的痕迹，那么人类对早期地球生命的认识将会有更重大的突破！

02第一个脊椎动物
早期脊椎动物的

化石记录十分参差不齐。

最早的脊椎动物几乎没有矿化的骨头，

因此没有太多坚硬的部分

可以形成化石并保存下来。

早期脊椎动物（图源@Nobu Tamura）
仅存的一些软组织化石往往都是被压扁的小型碎块，即使是对专业的古生物学家和地质学家来说，复原也有很大挑战。

但科学家还是从这些化石中获得了一些成果：皮卡虫（Pikaia）目前被认为最有可能是所有脊椎动物的祖先。
皮卡虫化石（图源@SMITHSONIAN INSTITUTION）
海口鱼（Haikouichthys）、丰娇昆明鱼（Myllokunmingia），和Metaspriggina，这些来自5亿多年前的生物，似乎都是与早期的脊椎动物相接近的生命。
海口鱼化石（图源@文献[2]）
根据这些化石，科学家们开始猜测最早脊椎动物的模样：眼睛向前向上，沿着鳍及身体中线，无颌，身长较短。
丰娇昆明鱼化石（图源@Degan Shu）

03第一个甲壳类动物

甲壳亚门是由非常大的一组

的节肢动物门形成的，

通常被当作是一个亚门，

包括常见的物种，例如螃蟹，

虾，龙虾，淡水龙虾，

磷虾，和藤壶等等。

甲壳类动物
最早的甲壳类动物化石来自著名的布尔吉斯页岩(Burgess Shale)沉积物。
伯吉斯页岩所在的沃尔科特采石场（图源@Mark A. Wilson ）
它代表了距今超过5亿年前的寒武纪(Cambrian period)动物多样性的巨大繁荣，即寒武纪大爆发(Cambrian explosion)。
寒武纪大爆发
在伯吉斯页岩中的甲壳类动物中，最著名的是光滑加拿大虫（Canadaspis），有成千上万的化石标本存在。
光滑加拿大虫化石（图源@Wilson44691）
许多甲壳类动物有趣的特征因此被保存下来：光滑加拿大虫的眼睛长在主躯干上，和现代甲壳类动物一样有坚硬的外壳。
光滑加拿大虫复原（图源@MARIANNE COLLINS）

04第一个陆生植物

已知陆地上最早的植物出现在

最早的甲壳类动物之后。

它们没有现代植物的茎或根，

看起来更接近苔藓类，

生活在4.72亿年前。

阿根廷的科学家在当地沉积物中发现了许多植物孢子化石。当他们溶解沉积物并恢复它们后，发现这些孢子代表了多个属或物种群。
孢子化石
这意味着这些植物在当时已经经历了进化并形成多样化，因此它们最早出现在陆地上的时间可能比这些孢子形成的时间早1000万到2000万年，甚至更多。
植物演化（图源@Maulucioni）

05第一条有颌鱼

颌的出现是生物进化过程中

一个重要的里程碑。

最早的有颌鱼类是盾皮鱼

（Placoderms），它们在4.3亿至

3.6亿年前统治着海洋。

盾皮鱼类（图源@Siga ）
它们头部的外侧长着巨大的骨板，从正面看就像装甲潜艇。但盔甲只延伸到身体的一部分，它们的尾巴要么光秃秃的，要么只有薄薄的鳞片覆盖。
盾皮鱼复原（图源@Nobu Tamura）
科学家通过研究化石发现，大多数盾皮鱼类的颌构造都很简单，但有一种除外。生活在4.19亿年前的Entelognathus（盾皮鱼类），进化出一种类似于硬骨鱼及其所有后代的复杂颌骨结构。
Entelognathus标本（图源@Morosaurus millenii ）
生物学家不确定这是否意味着Entelognathus是所有硬骨鱼的祖先，但它似乎是第一个拥有现代面孔的鱼。

盾皮鱼生活环境（图源@Brian Choo ）

06第一只昆虫世界上已知最古老的昆虫化石

是来自苏格兰的Rhyniognatha。

Rhyniognatha化石（图源@Rhea Nicole）
Rhyniognatha生活在4.07亿至3.96亿年前，根据它结构的特征可以确定它是一种真正的昆虫。
Rhyniognatha结构复原（图源@文献[3] ）
事实上，它的下颌与有翼昆虫极其相似，所以很可能在4亿年前就已经进化出了飞行能力。
Rhyniognatha结构复原（图源@文献[4] ）
由于目前仅有的Rhyniognatha化石是部分的，并没有显示出翅膀。因此我们不能准确判断它是否会飞，但却可以推断最早的昆虫出现于Rhyniognatha进化之前。
Rhyniognatha假想进化（图源@Siga ）
我们知道植物在超过4亿年前的志留纪时期就已经开始在陆地上生长，那么昆虫很可能是这些最早陆地生态系统的一部分。

07第一个四足动物

四足类是拥有四肢或

附属肢体的脊椎动物。

四足动物的出现，

脊椎动物的登陆称得上

生命进化史上的一次重大事件。

四足动物
许多早期的四足动物外形介于两栖动物和鱼类之间。它们都有脊椎骨，也都有盆骨连接在脊椎上，用来支撑体重，同样都有胸廓，用来保护心脏和肺。

过去已知最早的四足动物可以追溯到3.75亿年前，其中著名的一种名为Elginerpeton。
Elginerpeton复原（图源@Nobu Tamura）
Elginerpeton化石是从苏格兰史卡特克雷格（Scat Craig）的泥盆纪晚期岩石中发现的。
Elginerpeton下颌骨重建（图源@Ahlberg ）
一组有3.95亿年历史的脚印化石在波兰被发现，科学家们推测它们是一种四足动物留下的。
脚印化石（图源@GRZEGORZ NIEDZWIEDZKI）
这种动物可能惊人的大而结实，身长2.5米。这意味着它已经经过一段时间的进化，后来的鱼形四足生物并不是第一个从海洋中出现的。
（图源@GRZEGORZ NIEDZWIEDZKI）
也就是说，实际最早的四足动物可能比Elginerpeton出现还早了几千万年。
（图源@NATURE）

08第一个爬行动物
最早的爬行动物也是

最早的羊膜动物，

这是一种进化出不需要

将卵产在水中的生物。

这使动物们终于可以割断

与水的联系，完全生活在陆地上。

林蜥化石（图源@Via JOHN SIBBICK ）
到2006年为止，林蜥（ Hylonomus）是目前所能确认最早的爬行动物；西洛仙蜥更为古老，但应为两栖类；Casineria也更为古老，但化石破碎、难以鉴定。
Casineria化石（图源@Xenarachne ）
林蜥生活在3.15亿年前的北美地区。身长约20公分，外表相当接近现代蜥蜴。它拥有锐利的小型牙齿，应该以早期昆虫为生。
林蜥颅骨重建（图源@Gretarsson）
部分林蜥的化石是发现于石松树干化石中，被推测在潮湿的气候后，树木倒塌，而林蜥可能进入中空树干后，无法离开而死。

林蜥复原（图源@Nobu Tamura）

09第一个哺乳动物

迄今为止发现的最早的

胎盘哺乳动物是一种名为

Juramaia的小型鼩鼱。

在一亿六千万年前的侏罗纪时期，

它与恐龙生活在一起。

Juramaia化石及骨架恢复（图源@ Tudor Vieru ）
Juramaia是真兽类哺乳动物，它与现代胎盘功能齐全的哺乳动物的关系比其他哺乳动物，比如鸭嘴兽这样的单孔目动物或考拉这样的有袋类动物。
Juramaia复原（图源@Mark A. Klingler）
真兽类动物生下活的幼兽，幼兽在母亲体内成熟，从胎盘中获取营养。有袋类动物产仔时间要早得多，它们把幼崽养在育儿袋里。而单孔目动物均为卵生。
单孔目动物（图源@Mark A. Klingler）
在Juramaia之前，已知最早的胎盘哺乳动物化石只有1.25亿年，而Juramaia出现的时间要比其早3500万年。
有袋类动物（图源@Mark A. Klingler）
这意味着真兽类哺乳动物和有袋类动物的分离可能发生在大约1.65亿年前，比科学家们曾经预想的要早得多。这表明哺乳动物在恐龙时代就已经开始进化和多样化了。
（图源@UTAH GEOLOGICAL SURVEY）

10第一只鸟类
始祖鸟曾经长期被认为是

最早及最原始的鸟类。

从达尔文时代起，

这种1.45亿年前的生物

就成为了进化的典范。

始祖鸟追赶幼龙的复原（图源@Durbed ）
始祖鸟化石上有清晰的翅膀羽毛痕迹，但它也有牙齿和骨尾。看起来像是恐龙和鸟类之间完美的过渡形态。
始祖鸟化石（图源@H. Raab）
然而，另一些动物化石的出现动摇了始祖鸟的地位。如曙光鸟（Aurornis），有许多与始祖鸟相同的过渡性特征，包括翅膀和尾巴。
曙光鸟化石（图源@Pascal Godefroit ）
曙光鸟被认为可能是迄今已知的恐龙演化成鸟类过程中重要的基群之一，同时也是这一阶段所发现最为古老的化石证据，甚至比大约生活在1亿年前的始祖鸟来得更早。
曙光鸟比例（图源@Slate Weasel）
严格来说，所有的鸟类都属于恐龙。因此，想要找到它们开始成为鸟类的明确分界线几乎是不可能的。
徐氏曙光鸟复原（图源@ Masato Hattori）
对古生物化石的研究尽管困难，尽管艰辛，但从未停止过。
化石作为地质史最好的记录者，可以让人们了解更多的生命演化，重建远古时期的地球，并对人类未来的发展做出启示！

参考资料：

[1] Sullivan, Corwin & Wang, Yuan & Hone, David & Wang, Y-Q & Xu, Xing & Zhang, Fucheng. (2014). The Vertebrates of the Jurassic Daohugou Biota of Northeastern China. Journal of Vertebrate Paleontology. 34. 10.1080/02724634.2013.787316.

[2] Feinberg T E , Mallatt J . The evolutionary and genetic origins of consciousness in the Cambrian Period over 500 million years ago[J]. Frontiers in Psychology, 2013, 4(667):667.

[3] Michael S, Engel,David A, Grimaldi.New light shed on the oldest insect.[J].Nature,2004,427(6975):627-30.

[4] Haug, Carolin & Haug, Joachim. (2017). The presumed oldest flying insect: More likely a myriapod. PeerJ. 5. e3402. 10.7717/peerj.3402.

[5] Lexicon of Canadian Geological Units. "Burgess Shale". Archived from the original on 11 January 2013. Retrieved 6 February 2009.

NOAA、GEOCACHING、NMNH、YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等

桔灯勘探

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