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蝎子、蜘蛛的老祖宗,找到了!

2020-05-09张蕤

科学大众(中学) 2020年2期
关键词:寒武纪莫里森化石

张蕤

看到蝎子、蜘蛛的你,是不是会顿时屏住呼吸、面色凝重,甚至尖叫?然而它们的远祖竟然还有点萌,拇指大小的身体,头上长着好多“脚”,还有着一双萌萌的卵形大眼,整个儿看起来就像一只可爱的皮皮虾。而嘴边的一对“小钳子”则暴露出了它们的真正身份——这类生物均属于螯肢动物。

2019年,《自然》杂志发表了一项中国科学院南京地质古生物研究所的新发现,研究人员在寒武纪中期布尔吉斯页岩动物群中发现了一种莫里森虫新物种,代表了目前已知最古老的螯肢类节肢动物。当然,莫里森虫还有个可爱的名字——胖女猎手莫里森。

莫里森虫的前世今生

5亿年前,美丽的加拿大布尔吉斯一片海洋,海水里游弋着各种小生物,只有拇指大小的莫里森虫静静等待着,一旦有小幼虫、蠕虫游过,它就伺机而动,用钳子快速抓住,送进嘴巴……

一个世纪前,在加拿大的大不列颠哥伦比亚省,加拿大布尔吉斯国家森林公园里,莫里森虫被美国古生物学家查理斯-沃科特发现于布尔吉斯页岩中,但当时只有外骨骼被发现,限制了科学家对它的进一步研究。

一个世纪后,同样在加拿大的布尔吉斯国家森林公园里,来自中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎课题组的法国籍博士后塞德里克-阿里亞,与加拿大安大略皇家博物馆同行合作,采用了寒武纪中期布尔吉斯页岩新化石点“大理石谷”的标本,对莫里森虫进行了深入研究,这一次他们有了惊人的新发现。他们发现了新种莫里森虫,体长约2.5厘米。尽管只有拇指大小,但是其标本保存了更精确的信息——这枚化石标本首次揭示了莫里森虫的附肢、肠道、眼睛和神经组织,从而揭开了螯肢类动物的秘密。

我们在莫里森虫标本里看到,莫里森虫长有一双卵形大眼睛、长步行肢以及分别执行感觉、抓握、粉碎和咀嚼功能的多对附肢的“多功能”头部。最重要的是,莫里森虫在其口部前方发育有一对小型的钳状附肢,称为“螯肢”。这对典型的附肢使得它和蝎子、蜘蛛等节肢动物一样能够击杀、夹持和切碎猎物,研究人员也因此将这类节肢动物命名为“螯肢动物”。

这一发现,将螯肢动物的起源时间提前至距今5亿年前,与此前确认的起源时间相比,提前了约3 000万年。3 000万年呢,人类的发展史才二三百万年!

和蝎子、蜘蛛是“亲戚”

同学们在生物课本中一定了解到了,蜘蛛和蟹子都属于节肢动物。节肢动物门是动物界最大的一门,通称节肢动物。全世界约有120万现存种,占整个现存动物种数的80%。节肢动物生活环境极其广泛,无论是海水、淡水、土壤、空中都有它们的踪迹。有些种类还寄生在其他动物的体内或体外。现生的节肢动物主要分为两大类:一类是螯肢类,以蝎子、蜘蛛、蜱螨、鲎等为代表;另一类是有颚类,由多足类(以蜈蚣、马陆等为代表)、甲壳类(以虾、蟹等为代表)和六足类(以昆虫为代表)组成的。

典型的节肢动物可分为头、胸、腹三部分,或头部与胸部愈合为头胸部,或胸部与腹部愈合为躯干部,每一体节上有一对附肢。人们熟知的虾、蟹、蚊、蝇、蝴蝶、蜘蛛、蜈蚣以及已灭绝的三叶虫等都是节肢动物。

而我们的胖女猎手莫里森虫标本展现了确凿的“螯肢”特征。此外,莫里森虫身体后部的附肢上具有三片鳃一样的构造,这和螯肢类身体后部成对的特化呼吸器官“书鳃”或“书肺”相似。这些特征都在向我们表明,莫里森虫尽管是原始的螯肢类,但和现代的螯肢类在形态上已相当接近。

那么,莫里森虫吃什么呢?有科学家认为,莫里森虫可能以三叶虫为食。当然,莫里森虫也有天敌,它的某些更大块头的螯肢同类就会捕食它,反正在5亿年前的海底,生物们互相把对方作为食物。

有助进一步了解寒武纪生命大爆发

我们先来看看过去的地球都经历些什么?在地球46亿年的历史上,曾发生过两次大氧化事件。第一次大氧化发生在约24亿年前,当时大气中的氧气从几乎为零上升到现代大气含氧量的1%,随后,地球上首次出现真核生物。到大约5.8亿-5.2亿年前,地球又发生了第二次大氧化事件。这一时期,地球上的海洋全面氧化,大气含氧量也增加到现代的60%以上,这为高等动物的出现和快速演化奠定了基础,随后便出现了著名的寒武纪生命大爆发。

寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案,自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。大约6亿年前,在地质学上称作寒武纪生命的开始,绝大多数无脊椎动物们在几百万年的很短时间内出现了。这种几乎是“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等),而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,简称“寒武爆发”。

过去,科学家们一直认为在寒武纪时的生物爆发,出现的都是一些更接近简单的物种,但是胖女猎手莫里森的发现,让我们意识到,寒武纪大爆发出现了很多现代意义上的复杂物种。

莫里森虫具有相当发育的步行足,因而被认为是生活在海底的捕食动物。由于莫里森虫和现代螯肢类形态相近,说明螯肢类节肢动物可能在寒武纪快速出现并迅速占据了其他节肢动物涉足较少的海底微型捕食生态位。而螯肢类的起源很可能发生在寒武纪的更早期,即动物的“寒武纪大爆发”真正发生的时候。

加拿大布尔吉斯生物群和中国澄江生物群等寒武纪化石库,都保存了寒武纪生命大爆发中快速多样化的动物身体造型和最早的海洋动物群落。加拿大布尔吉斯生物群约为5.05亿年前的中寒武世,它与中国贵州凯里生物群、云南澄江生物群构成世界三大页岩型生物群,为寒武纪生命大爆发提供证据。目前已发现大约119属140种海洋动物,改变科学界对寒武纪海洋生物的认知。

莫里森虫新物种的发现,让我们认识到包括中国澄江生物群在内的寒武纪化石库的核心重要性,该化石库为研究寒武纪生命大爆发中的生物快速发展的多样性提供了最早的群落样本。通过对这些软躯体化石宝库的持续研究,相信会有更多的新发现不断完善人们对我们所在的这个星球上的动物起源和演化的认识,特别是对神奇的寒武纪生命大爆发的认识。

(责任编辑:赵梦祺 责任校对:曹伟)

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