本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
在世界海洋的淤泥中,生活著一種名為泥土龍的小生物。雖然它們很小——沒有一個超過一毫米——但如果它們和我們一樣大,那將是一種可怕的地獄野獸,讓人類恐懼和厭惡。它擁有外骨骼和分節的身體,頂部是一個伸縮自如的頭部,揮舞著劍齒。
然而,現代泥土龍也有點可愛,在它們安靜的時刻,似乎以它們自己稍微可怕的方式玩著躲貓貓的遊戲。
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然而,它們的祖先至少有一個並不可愛。它與遙遠星系中某種沙漠居住的捕食者驚人地相似,如果它是內外翻轉的話。
藝術作品由南京地質古生物研究所的楊定華創作。圖5來自Zhang 等人,2015年。
這是藝術家對最近在中國發現的新化石的重建。發現這種泥土龍化石祖先是一項了不起的成就。在它出現之前,從未在任何地方、任何年齡段發現過其他化石。
並不是因為缺乏嘗試。科學家們多年來徒勞地尋找。泥土龍最親近的推測親戚——迷人的且僅在最近才被發現的鎧甲動物和形狀挑釁的陰莖蠕蟲(即陰莖蠕蟲)——都被大量發現化石化,最早可追溯到寒武紀,5.4億至4.85億年前。“分子鐘”基於高度保守蛋白質之間穩定變化率的推測表明,泥土龍大約在與其親戚相同的時間進化,可能在埃迪卡拉紀,超過5.5億年前。因此,很難理解為什麼它們的化石無處可尋。
泥土龍實際上被稱為“動吻動物”,這可能是英語中最難拼寫的單詞之一,這已經說明了很多問題。我不得不嘗試大約五次才最終拼對。動吻動物、泥土龍,或者隨便你想怎麼稱呼它們,都是生活在海洋泥沙中的微小無脊椎動物。今天,只有大約240種物種,而且今天,所有物種都小於一毫米。考慮到動吻動物門是一個門——與節肢動物門、脊索動物門或刺胞動物門相同的分類等級,這並不是很多成員。
動吻動物本質上是武裝和裝甲的小蠕蟲,因為它們沒有附肢——只有頭部、頸部和身體,正好有11個節段。不僅它們的外部身體是分節的,它們的環形肌和縱向肌以及稱為神經節的神經束也是分節的。
雖然它們看起來可怕,但刺和鉤子主要不是用來捕捉獵物,而是幫助無肢的動吻動物在它所居住的沉積物中棘輪式移動。首先,它伸出頭部。頭部和身體上的鉤子鉤住泥沙顆粒,並在它下次縮回頭部時將小動物向前拉。
在頭部的頂部有時有兩個小眼點,稱為眼點。身體內襯著剛毛,使動物具有觸覺。而這種可怕的生物吃什麼呢?令人驚訝的是,儘管它們擁有令人印象深刻的武器,但動吻動物是食草動物,它們要麼吃矽藻——包裹在類似玻璃藥盒的殼中的微小光合微生物——要麼吃有機碎屑,即生物汙垢。
雖然有雄性和雌性動吻動物,而且我們知道幼蟲在野外獨自生活,但我們並不確切知道小動吻動物是如何產生的。那是因為沒有人見過它發生。
泥土龍似乎呈現出身體分節的一個例子,這種分節的進化獨立於例如在脊索動物或節肢動物中出現的分節。動吻動物也是節肢動物的近親,與它們共享外骨骼和分節的身體,但缺乏關節腿。因此,理解它們的進化可以為分節如何以及為何進化提供有趣的見解——因此它們的化石對於尋找資料的科學家來說是一個誘人的獎品。
科學家們徒勞地在諸如伯吉斯頁岩之類的地方尋找動吻動物,伯吉斯頁岩是著名的不列顛哥倫比亞省化石床,它向人類揭示了寒武紀生命大爆發的輝煌。但這可能是因為他們找錯了沉積物型別。伯吉斯頁岩是透過壓縮覆蓋在其上發現的生物的碳質沉積物而儲存下來的。但是像動吻動物這樣大小的動物——大約一毫米左右——似乎透過一種稱為磷酸鹽化的過程儲存得更好,在這個過程中,磷酸鈣取代了身體的有機物質。
正是在這樣一個磷酸鹽化化石床中,科學家們最近在中國南方新立和西巷地區的早寒武世(約5.35億年前)岩石中發現了一個完整的和兩個部分的未命名形式的看起來很像動吻動物的化石。整個標本被命名為奇異始動吻動物。
a-c,奇異始動吻動物的背腹側面和側面檢視。d-f,頭部特寫。cs=尾棘,hsc=頭部鱗片,ls=大型骨片,nsc=頸部鱗片,vls=腹側大型鱗片。圖1來自Zhang 等人,2015年。
差異很少但很顯著。首先,身體節段更多——至少有 20 個——但相對於像陰莖蠕蟲這樣有非常多非常小節段的動物來說,這個數量仍然很少。正如您所回憶的那樣,現代泥土龍只有 11 個(我絕對認為“現代泥土龍”雜誌有市場)。化石似乎具有寬闊的玫瑰狀荊棘(“大型骨片”),而不是現代泥土龍身上看到的小而細的仙人掌狀刺,這在本文頂部的重建圖中很突出,在上面的影像中也很明顯(1ls-5ls)。
作者說,這些節段也表明存在環形肌肉,現代動吻動物有環形肌肉,但線蟲(化石的可能替代 ID)沒有。頭部可縮回部分上的刺也排列成五行,與活著的動吻動物相同。線蟲的刺排列成六行。
如果這些化石確實是動吻動物,那就證實了泥土龍的古老祖先,這長期以來都是由它們近親的化石記錄所推測的。這也表明,在磷酸鹽化化石床中尋找更多這些微小生物是非常值得的,並有望為研究地球上分節多次進化的現象提供更多材料。
參考文獻
Zhang, Huaqiao, Shuhai Xiao, Yunhuan Liu, Xunlai Yuan, Bin Wan, A. D. Muscente, Tiequan Shao, Hao Gong, 和 Guohua Cao. "來自早寒武世的鎧甲動吻動物類 Scalidophoran 動物。" 科學報告 5 (2015).