存放在澳大利亚热带达尔文的一个露天仓库中，有数十个托盘包含了圆柱形的岩石芯。这些岩石芯来自几十年前矿产勘探公司在地表下数百米打的钻孔。位于北领地地质调查局的一些岩石芯是泥岩——一种由硬化的海底泥形成的沉积岩。这些钻孔的公司大多并不知道，这些泥岩中埋藏着来自一个15亿年前覆盖大部分北澳大利亚的古代内陆海底的微观生物化石。如我们在《自然》上发表的新研究所示，这些化石对于解决一个长期困扰科学家的难题至关重要：即真核生物的起源。这些小而复杂的生物所有地球上的生命都可以分为两种，分别在细胞水平上有根本不同。原核生物（细菌和古菌）具有简单的细胞结构，主要是单细胞生物。而真核生物——包括所有动物、植物、藻类和真菌——则非常不同。它们具有更复杂的细胞，具有细胞核和其他执行特定功能的细胞器。真核生物的革命改变了地球。这导致了动物的兴起，最终也导致了我们。根据对现存生物基因的观察，目前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个原核生物微生物的共生结合形成的：一个古菌和一个细菌。真核生物生活的第一条证据是这些单细胞生物的化石。它们显示出一种在原核生物中未见的细胞复杂性，而在真核生物中则普遍存在。真核生物化石可以在世界各地找到，岩石的年代可以追溯到至少15亿年前。北领地的化石，其中最古老的化石可以追溯到17.5亿年前，是目前已知的全球最古老的真核生物化石。但早期真核生物进化的古代世界仍然笼罩在神秘之中，因此有关其性质的许多基本方面仍然未知。氧气——朋友还是敌人？许多类型的细菌可以在无氧的地方生存和生长。但今天几乎所有的真核生物都依赖氧气生存。这是因为有氧呼吸——利用氧气分解食物——提供了复杂生命所需的大量能量。然而，近年来，氧气对所有真核生物一直是有益的这一观点受到了质疑。这是由于发现了一些神秘的真核生物能够在无氧条件下生存。地质记录也逐渐提供证据表明，当真核生物首次进化时，氧气可能是非常稀缺的。这意味着无氧的海洋栖息地可能是常态。这些观察共同质疑了真核生物自其起源以来就一直依赖氧气的假设。对被认为与第一个真核生物的祖先最接近的微生物进行的基因研究可以提供对真核生物祖先的关键见解。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。而只有地质学才能为我们提供了解这些生物所生活的世界的窗口。超过12000个化石为了我们新的研究，我们将达尔文储存的泥岩芯样本压碎，然后溶解它们。通过在显微镜下分析这种溶解留下的有机残留物，我们识别了超过12000个化石。我们还研究了保存这些化石的泥岩，以更好地理解沉积物沉积时环境的样子。这为这些真核生物生活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，真核生物化石是在从沿海泥滩到开放海洋的环境中发现的。但它们仅在沉积在氧气充足环境中的样本中存在。来自无氧环境的样本仅包含简单的原核形式。这表明，即使是17亿到14亿年前生活在地球上的已知最古老的真核生物也依赖于氧气。这些数据支持了一个长期以来被持有的假设，即氧气在推动早期真核生物的进化中发挥了关键作用。解决早期真核生物所代表的重大进化飞跃的驱动因素和背景是生命科学中主要未解的问题之一。对这些神秘的古代微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，以及我们在宇宙中的位置。