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5.5亿年前小虫写下“遗书”,揭开寒武纪前生物神秘面纱

|· 本文来自“我是科学家”·|

生活在远古时期的生物们,会在地层的书页中留下自己的种种痕迹,形成各种化石,让今天的人们得以翻阅解读它们的生前事。

它们有的留下自己的遗体,形成实体化石(Body fossil)

恐龙骨架化石 | pixabay

有的留下脚印、粪便等等痕迹或遗物,形成遗迹化石(Trace fossil, ichnofossil)

恐龙足迹化石| pixabay

有的遗迹比较特别,它们是生物临死前留下的痕迹,类似古生物的“遗书”——这些痕迹被称为临终遗迹(mortichnium)

中国科学院南京地质古生物研究所和弗吉尼亚理工大学的研究者们,就在湖北省宜昌市夷陵地区发现了一批5亿年前生物留下的珍贵化石。他们不仅发现了“遗书”,还找到了安息在旁的“遗书主人”—— 夷陵虫。更重要的是,它是目前已知寒武纪之前发现的唯一的身体分节、具有运动能力并可以形成连续的遗迹的两侧对称动物,这次发现也完美印证了一个20世纪关于这一时期动物的假说。这项研究刚刚登上了本周(2019年9月5日)的《自然》杂志[1]。

本次报道的远古生物遗迹复原图 | 中国科学院南京地质古生物研究所 陈哲

珍贵遗书现世

为什么说这次发现的遗迹很珍贵呢?

首先是因为这样的“遗书”本身就十分罕见。在距今五六亿年年前的埃迪卡拉纪,生命形态和结构普遍都很简单,腿和脚对于那时的动物来说都是“奢侈品”。只有为数不多的生物留下用“脚”行走的遗迹,而且已知的痕迹大多是断断续续的脚印或齿舌印迹[2]。

断续的脚印(TW) | 参考文献[2]

连续移动的生物痕迹就更为少见了,在此之前人们也只发现一种叫Kimberella 的古生物能留下连串的脚印[3]。

留下连续脚印的Kimberella 化石及其复原图 | 参考文献[3]

而这一次,科学家们在宜昌夷陵地区,埃迪卡拉系灯影组石板滩段地层(距今5.51亿~5.39亿年)中发现的是大量长条状绵延绵延不断的生物痕迹,说明它们的主人不仅能移动,而且能像今天的沙蚕那样连续地蠕动[1]。

遗迹化石宽7~25毫米,长76~608毫米,形态或平直或弯曲,两侧具有凹槽,凸起或生物潜穴(带柄箭头所指)| 参考文献[1]

更值得一提的是,科学家们这次不仅发现了这些难得的遗迹,还同时找到了这些遗迹的主人

大部分遗迹主人都是“匆匆过客”,留下足迹后就消失的无影无踪了。科学家们很难判定究竟是什么动物留下了这些遗迹,也无从得知遗迹的主人究竟长什么样。这成为了遗迹化石研究的一大难点。

所以,光有遗迹化石还不能够获取足够的信息,最好是有实体化石出现,甚至是二者同时出现才能更好地还原出生物原有的相貌和生活习性。

这次的发现中,共有35枚动物实体化石和15块遗迹化石,其中还包括了临终遗迹化石,为我们在遗迹和遗迹主人之间架起了一座桥梁

白线标记的部分为遗迹化石(临终遗书),蓝线标记的部分为实体化石(遗书主人)。白色箭头所指地区,代表新形成的遗迹截切了先期遗迹。右下角B区域为沿着右上黄色虚线切割的剖面,显示出化石呈双凸形态 | 参考文献[1]

丰富的遗迹化石,加上完好精美、结构复杂的实体化石,为遗迹主人身份的确认和形貌的观察提供了绝佳契机。

遗书主人是何来头?

科学家们根据发现地点将其命名为“夷陵虫”(Yilingia gen.nov. ),它是一个以前从未被发现的新的属种。也是迄今为止发现最早的具有两侧对称、身体分节结构的动物。

夷陵虫呈现出单向延长的链状,身体三分、两侧对称,不只有体环、还有体节,看上去好似稻穗一般。从横截面角度看,它的背部和腹部均向外凸起。

夷陵虫化石形貌复原图 | 参考文献[1]

研究人员对35块实体化石进行观测后发现,夷陵虫的宽度为5~26毫米,长度最长可达27厘米。它有50个体节,每个体节由中间的近菱形部分和两侧近三角形的侧叶组成。中间体节约占总宽度的五分之一。近三角形侧叶指向身体后侧,并与身体长轴方向之间呈30~60°角。也正是因为这样,侧叶的形态和指向可以用来区分动物的前后和运动方向——也就是辨识出动物的头和尾。

夷陵虫身体结构示意图 | 参考文献[1]

此外,在夷陵虫化石的侧叶部分还发现了类似足节的结构——这对它的生物学分类有着很大影响(有足就可被列为节肢动物,无足就会被列为环节动物)。由于目前还不能完全排除化石保存带来的假象,夷陵虫目前归属于总两侧对称动物。

夷陵虫化石细节,箭头所指部分可能是它的足。比例尺长度为5 厘米 | 参考文献[1]

这一系列详细的证据,让夷陵虫成为目前发现的,生活着寒武纪之前的唯一一种身体分节、具有运动能力并可以形成连续的遗迹的两侧对称动物。

夷陵虫及其遗迹复原图 | 中国科学院南京地质古生物研究所 陈哲

生命爆发前的无声准备

那么,夷陵虫的发现有何意义呢?我们知道,地球历史上著名的寒武纪生命大爆发(距今5.41亿~4.88亿年前),整个地球系统一下子变得生机勃勃热闹非凡。然而在寒武纪物种数量和门类都突然爆发式增长之前,埃迪卡拉纪的动物们是不是已经开始为这一场生命盛世做好了准备?

寒武纪生命大爆发涌现大量类似三叶虫、奇虾等身体分节、两侧对称的动物 | stanford.edu

20世纪60年代早期,祖卡坎德尔和鲍林提出的著名的分子演化钟假说(Molecular evolutionary clock),也就是在特定的蛋白质(或后来的DNA)分子中,随着时间的推移在进化谱系中进化速度近似恒定[4]。

根据分子演化钟预测:在地球历史的成冰纪(距今8.5亿~6.3亿年前)或埃迪卡拉纪(距今6.35亿~5.41亿年前)时期,两侧对称动物(Bilaterian animals)应该已经发生了分异[5,6]。如果这一预言是正确的,那就意味着在埃迪卡拉纪时期,就已经有两侧对称动物出现了。

但事实上,在埃迪拉卡纪的地层中,科学家们往往只能找到生物活动留下来的各种遗迹,无法找到遗迹真正的主人。虽然一些保存完好的两侧对称动物遗迹的发现在某种意义上也算是印证了这一预言[2,7,8],但是遗迹主人的缺席却使这一假说一直无法落上实锤。

而这一次,5.5亿年前两侧对称动物的遗迹化石和实体化石的同时出现,完美地回应了这个针对埃迪卡拉纪提出的神奇预言,也将对称分节动物出现的时间提前了至少一千万年。

夷陵虫临终遗迹的发掘为我们理解其他类似形态的生物遗迹提供了重要信息[8]。体节的出现作为两侧对称动物祖先的特征,可能触发了后期寒武纪动物的身体形态和复杂性的爆炸式增长[9],而特殊的运动能力对海底沉积物和生物席的改造则为大量生命的孕育和演化奠定了物质和演化基础。

可以说,夷陵虫和它的“遗书”,为我们解开远古生命形态和起源的谜题提供了重要的参考答案。

夷陵虫足迹复原视频:

点击图片可观看视频

(编辑:Yuki)

参考文献:

1. Chen, Z., Zhou, C., Yuan, X. and Xiao, S., (2019). Death march of a segmented and trilobate bilaterian elucidates early animal evolution. Nature.
2. Chen, Z., Chen, X., Zhou, C., Yuan, X., & Xiao, S. (2018). Late Ediacaran trackways produced by bilaterian animals with paired appendages. Science advances, 4(6), eaao6691.
3. Fedonkin, M. A., & Waggoner, B. M. (1997). The Late Precambrian fossil Kimberella is a mollusc-like bilaterian organism. Nature, 388(6645), 868.
4. Zuckerkandl, E., & Pauling, L. (1965). Evolutionary divergence and convergence in proteins. In Evolving genes and proteins (pp. 97-166). Academic Press.
5. Erwin, D. H., Laflamme, M., Tweedt, S. M., Sperling, E. A., Pisani, D., & Peterson, K. J. (2011). The Cambrian conundrum: early divergence and later ecological success in the early history of animals. science, 334(6059), 1091-1097.
6. Dos Reis, M., Thawornwattana, Y., Angelis, K., Telford, M. J., Donoghue, P. C., & Yang, Z. (2015). Uncertainty in the timing of origin of animals and the limits of precision in molecular timescales. Current Biology, 25(22), 2939-2950.
7. Jensen, S., Droser, M. L., & Gehling, J. G. (2006). A critical look at the Ediacaran trace fossil record. In Neoproterozoic geobiology and paleobiology (pp. 115-157). Springer, Dordrecht.
8.Buatois, L. A. & Mángano, M. G. in Mángano, M. G., & Buatois, L. A. (Eds.). (2016). The Trace-Fossil Record of Major Evolutionary Events: Volume 2: Mesozoic and Cenozoic (Vol. 40). Springer.
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9. Couso, J. P. (2009). Segmentation, metamerism and the cambrian explosion. The International Journal of Developmental Biology,53(8-9-10), 1305-1316.

 

 

The End

发布于2019-09-11, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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