北领地地质调查局的一些岩心属于泥岩——这是一种由海底泥浆硬化形成的沉积岩。钻取这些岩心的公司大多没有意识到，这些泥岩中包含着微体生物化石，它们被埋藏在15亿多年前覆盖澳大利亚北部大部分地区的古老内陆海的海底。
正如我们发表在《自然》（Nature）杂志上的新研究所示，这些化石对于解决一个长期存在的谜题至关重要，该谜题涉及导致地球上所有复杂生命出现的重大进化飞跃：真核生物的起源。
微小但复杂
地球上的所有生命都可以归为两种类型之一，它们在细胞水平上有着根本的区别。
原核生物（细菌和古菌）具有简单的细胞结构，且多为单细胞。真核生物——包括所有动物、植物、藻类和真菌——则截然不同。它们拥有复杂得多的细胞，具有细胞核以及其他执行特定功能的特化结构，如细胞器。
真核生物革命改变了这颗星球。它导致了动物的崛起，并最终孕育了我们。基于对现存生物基因的观察，现在人们普遍认为，所有现存真核生物的最后一个共同祖先是由（至少）两种原核微生物——一种古菌和一种细菌——共生结合而产生的。
真核生命的第一批证据以这些单细胞生物化石的形式出现。它们展现出了一种在原核生物中未曾见过、但在真核生物中很常见的细胞复杂程度。
真核生物化石可以在岩石中发现于世界各地，这些岩石的历史可追溯至至少15亿年前。北领地的化石中，最古老的可以追溯到17.5亿年前，是目前全球已知最古老的真核生物化石。
但是，早期真核生物进化的古老世界仍然笼罩在神秘之中。因此，关于它们本质的许多基本方面仍是未知的。
氧气——是敌是友？
许多类型的细菌可以在没有氧气的地方生存和生长。但今天存活的几乎所有真核生物都需要氧气来维持生存。这是因为有氧呼吸——利用氧气分解食物——能提供复杂生命所需的大量能量。
但是，氧气对所有真核生物始终有益的观点在近年来受到了质疑。这是由于人们惊人地发现，一些神秘的真核生物可以在无氧条件下繁衍生息。
地质记录还提供了越来越多的证据，表明当真核生物最初进化时，氧气可能要稀缺得多。这意味着无氧海洋栖息地曾是常态。总而言之，这些观察结果质疑了真核生物自诞生以来就依赖氧气的假设。
对被认为最接近第一批真核生物祖先的类群的现存微生物进行遗传学研究，可以为了解真核生物的祖先提供关键见解。但只有化石记录才能告诉我们关于早已灭绝的谱系的信息。而且只有地质学才能为我们提供一扇了解这些生物所生存的世界的窗口。
超过12,000块化石
在我们的新研究中，我们将保存在达尔文的泥岩岩心样本粉碎，然后将其溶解。我们通过在显微镜下分析这种溶解后留下的有机残留物，鉴定了超过12,000块化石。
我们还研究了保存化石的泥岩，以更好地了解沉积物沉积时的环境状况。这为了解这些真核生物生存的栖息地提供了见解。通过分析这些泥岩的化学成分，我们能够确定古代海水中是否存在氧气。
我们的结果表明，从沿海泥滩到开阔海域的环境中都发现了真核生物化石。但它们仅存在于沉积于含氧环境中的样本中。来自无氧环境的样本仅包含简单的原核生物形态。
这表明，即使是生活在17亿至14亿年前的地球上已知最古老的真核生物也依赖氧气。这些数据支持了一个长期存在的假设，即氧气在推动早期真核生物进化的过程中发挥了关键作用。
揭示以早期真核生物为代表的重大进化飞跃的驱动因素和背景，是生命科学中最重要的悬而未决的问题之一。对这些神秘的古代微体化石的持续研究，无疑将告诉我们更多关于我们自身的起源——以及我们在宇宙中位置的信息。