三葉蟲可能是地球上最成功的動物類群。這些甲殼類、類似鼠婦的節肢動物因其獨特的三葉形身體而得名，是最早的硬體動物之一。它們大約在5.2億年前出現，並在之後近3億年的時間裡主宰著古代海洋的化石記錄。迄今為止，古生物學家已經發現了驚人的20,000個物種，它們展示了各種奇異的甲片、刺和角。“這就好像，‘進化，回家吧；你喝醉了，’”澳大利亞新英格蘭大學的古生物學家羅素·比克內爾說。
然而，儘管三葉蟲數量眾多，但一直沒有人能夠弄清楚它們是如何繁殖的——直到現在。在一個非常不尋常的化石中，科學家們發現了化石記錄中最早的性解剖結構之一的例子：一對小型的抓握附肢，可以讓雄性三葉蟲在交配時緊緊抓住雌性。
研究已滅絕動物的繁殖行為是出了名的困難，尤其是在無脊椎動物方面。“理解繁殖行為很困難，因為它不容易儲存下來，”哈佛大學古生物學家莎拉·洛索說，她是最近一項研究的共同作者之一，該研究發表在《地質學》雜誌上。三葉蟲的脆弱部分，如腿、觸角和生殖結構，是由軟組織構成的，這些軟組織很少石化。古生物學家可以根據某些物種外殼上的插槽和痕跡來推斷腿的存在。但生殖器官卻令人沮喪地難以捉摸。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和思想的有影響力的故事的未來。
另一個原因可以歸結為科學偏見。過去，一些研究人員假設三葉蟲的繁殖方式與哺乳動物的繁殖策略相似，導致他們尋找諸如“三葉蟲陰莖”之類的結構（但尚未發現）。“那是不恰當的，”紐約州立大學弗雷多尼亞分校的無脊椎動物古生物學家托馬斯·赫格納說，他沒有參與這項新研究。
當洛索和她的同事們仔細觀察來自不列顛哥倫比亞省著名的伯吉斯頁岩沉積層的5.08億年前的三葉蟲化石時，這一切都改變了。該物種Olenoides serratus是古代節肢動物中最廣為人知的物種之一：它構成了伯吉斯頁岩的許多化石，該屬甚至以其名字命名了一張遊戲王夢幻遊戲卡。
然而，洛索的標本處於一個不尋常的位置。它化石化時是側臥的，而不是像大多數Olenoides化石那樣仰臥或俯臥。更重要的是，它的附肢伸展開來並被儲存得非常詳細，甚至包括關節。在這些附肢中，研究人員發現了兩組短小的抓握附肢，它們看起來非常像被稱為抱握器的生殖結構。
抱握器是海洋物種中相當常見的生殖特徵，它允許雄性動物在水下釋放精子時抓住它們的配偶。抱握器可以在蝦、水生昆蟲甚至鯊魚中找到——並且，至關重要的是，三葉蟲的現代類似物，鱟中也可以找到。
鱟和三葉蟲並沒有密切的親緣關係。但科學家們認為，古代節肢動物佔據的生態位與它們的現代對應物非常相似，像水生掃地機器人一樣沿著沙質海底移動，並以漂到海底的碎屑為食。“事實上，有些三葉蟲物種看起來基本上和鱟完全一樣，”比克內爾說，他沒有參與這項研究。因此，鱟經常被用作模擬三葉蟲生命週期和行為的模板。
鱟抱握器的外觀幫助洛索和她的團隊證實，Olenoides的附肢不僅僅是畸形的腳。抱握器表明，在某些物種中，雄性和雌性三葉蟲的身體外觀不同。“他們已經找到了羅塞塔石碑化石，這使我們能夠真正證實這些關於性二態性的理論，”比克內爾說。“這只是一個非常好的、從根本上重要的補充。”
洛索告誡說，這一特徵可能並非普遍存在。“在Olenoides serratus中發現抱握器並不意味著所有三葉蟲都以這種方式繁殖，”她說。儘管如此，這項研究標誌著三葉蟲古生物學的一個重要里程碑，這將有助於未來的研究。它暗示這些動物進化出了比之前認為的更廣泛的特殊肢體，並且在它們進化的早期就做到了。“它說明了一個非常酷的潛在模組化，”赫格納說。“它們就像一把裝甲瑞士軍刀。”