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
一種非常奇異的寄生蟲,科學家們至今仍對其進化方式和與誰相關爭論不休,它在4.25億年前的化石中出現,仍然緊緊地附著在宿主身上。
這項發現是幸運的,不僅因為它是成年形態的第一個化石,而且因為它是第一個與宿主一起被發現的化石,發表在《當代生物學》(Current Biology)雜誌上研究這些化石的作者們說。長期以來,人們一直在為這種寄生蟲的古代宿主的身份而絞盡腦汁。
今天,幾乎所有的五口綱寄生蟲,正如它們的名字一樣,都會感染魚類或陸生脊椎動物。但在志留紀時期,當這個化石形成時,現代硬骨魚才剛剛出現,陸生脊椎動物還不存在。
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相反,新的化石寄生蟲被發現在介形蟲身上寄生。這些被稱為種子蝦的小型甲殼類動物仍然與我們同在,生活在類似貝殼的鉸鏈瓣內,通常像辣椒種子。
"介形蟲",作者:Anna33,來自 英文維基百科。根據 CC BY 2.5 許可,透過 維基共享資源 分發。
但是今天,幾乎沒有五口綱寄生蟲(化石寄生蟲的名字)被發現在介形蟲身上。
現代五口綱寄生蟲吸食爬行動物、鳥類、哺乳動物以及少數極其不幸的人類的肺和喉嚨中的血液。它們當然是節肢動物——具有堅硬外骨骼和分節身體的關節腿生物——但長期以來,它們屬於哪一類一直不清楚。它們看起來像蠕蟲,幾英寸長,頭部有五個短突起。一個帶著嘴巴。其他的則是兩對爪狀腿。它們的身體是分節的,並覆蓋著一層由幾丁質製成的角質層——這是節肢動物外骨骼的常用構造材料。
它們有一個簡單的管狀腸道,唯一的食物是血液,並且有一個類似於其他節肢動物的簡單神經系統。與許多寄生蟲一樣,它們捨棄了許多對其自由生活的親戚至關重要的結構,包括迴圈系統、呼吸系統和排洩系統等便利設施。
在這隻五口綱寄生蟲舌形貝(Linguatula serrata)上,你可以看到頭部上的五個突起非常小,在右上方。你可以看到簡單的管狀腸道在動物體內盤繞,以及身體的精細分節。這個屬也是今天五口綱的俗稱——“舌形蟲”的來源。
"舌形貝",作者:Dennis Tappe & Dietrich W. Büttner - http://www.plosntds.org/article/slideshow.action?uri=info:doi/10.1371/journal.pntd.0000320&imageURI=info:doi/10.1371/journal.pntd.0000320.g001。根據 CC BY 2.5 許可,透過 Commons 分發。
在這隻於 1848 年採集的舌形蟲環臂舌形貝(Armillifer armillatus)中,你可以看到五個突起也很小(可能就是蠕蟲左端上的那些)。它的節段遠沒有前一個例子中的那麼小。你還可以看到這東西是從“蟒蛇體內”取出的。
"環臂舌形貝",作者:José Grau de Puerto Montt,來自 en.wikipedia。根據 CC BY-SA 3.0 許可,透過 Commons 分發。
今天,五口綱需要兩個宿主。幼蟲在中間宿主體內發育——今天,通常是魚或小型哺乳動物——它們透過無意中吞下寄生蟲的卵和它們的常規食物而感染寄生蟲。當中間宿主被“終末”脊椎動物陸生宿主(如蛇)吃掉時,寄生蟲會爬出來並進入它們的呼吸道。在那裡,它成熟、交配併產卵。這些卵要麼被咳出,要麼透過消化道排出,最終再次被不知情的中間宿主重新攝入。
科學家們還對這些蠕蟲的進化進行了爭論。有些人認為它們是甲殼類動物(想想螃蟹、龍蝦和小蝦)發生了寄生性的U型轉彎。另一些人則認為它們是動物進化早期出現的節肢動物,與線蟲、陰莖蠕蟲和其他蠕蟲狀類群關係更密切。新的化石並沒有解決這場辯論;新的研究作者寫道,可能需要更多的DNA比較才能解決這個問題。
新的化石是在英國赫裡福德郡的“溫洛克系列”石灰岩中發現的,這些岩石是在志留紀期間的海洋中沉積下來的,大約在4.2億年前。在那個時代,地球上的大部分生命仍然留在海洋中,但已經變得非常複雜。有頜魚類和硬骨魚類進化並多樣化。在陸地上,一些有進取心的蘚類植物和小型節肢動物剛剛第一次將自己拖出水面。毫無疑問,當時存在的任何陸地仍然是一個荒涼、嚴酷、可怕的地方。
在這個地球上,一個擁有豐富海洋但大陸荒涼的地方,我們的小五口綱生物生活著。它們只有幾毫米長(現代五口綱生物以釐米和英寸為單位測量),它們有該類群特有的五個附肢,呈星形排列,這在今天發現的五口綱生物中是沒有的。與現代五口綱生物相比,它們的附肢也相對較長,但它們擁有相同的長蠕蟲狀輪廓。這些附肢也告訴我們它們是成蟲。
在計算機掃描和重建的下方化石中的五口綱生物是右上角的橙色物體。它的外觀幾乎可以被描述為……飄渺。也許是斯堪的納維亞風格。
五口綱騎在介形蟲上——化石靜物。圖 1A(底部)來自 Siveter 等人,2015 年。
也許它憔悴的外觀與化石化的壓力或介形蟲微薄的食物有關,但它缺乏其後代在蛇或羊的財富中變得肥胖和快樂後所共有的那種圓潤的光澤。它在某種程度上類似於現代長腿五口綱動物頭盤科(Cephalobaenida)中的一些成員,你可以在這裡或這裡看到它們。新的化石的描述者——其中還有更多未在上面的影像中看到的——已將其歸類為這樣。
它們既在介形蟲殼外的身體上被發現,正如你所看到的,也在介形蟲內部被發現——位置可能是在鰓中。雖然不幸的是鰓沒有儲存下來,但在類似的介形蟲中,鰓在相同的位置被發現。內部寄生蟲的位置也緊挨著卵。
這兩個位置都很不尋常。現代介形蟲不寄生卵,也從未發現被吸附在宿主外部。一種現代等足類動物——鼠婦是最熟悉的例子——確實透過附著在介形蟲的心臟附近並以育卵為食來寄生介形蟲。這種古代五口綱生物也可能在做同樣的事情。
任何型別的化石寄生蟲都很罕見。據該報告的作者稱,五口綱化石“極其罕見”。但是,在一個4億多年前形成的化石中,發現今天一種罕見的,如果不是默默無聞的生物(僅已知約140種五口綱物種)在其宿主體內,這確實是一個驚人的發現。它還表明,五口綱生物的身體形態在過去的五億年中一直非常穩定——假設無論是什麼使化石成為化石的,都不是透過趨同進化而與現代五口綱生物偶然相似的無關生物。
在介形蟲外部發現成蟲這一事實表明,現代五口綱生物缺乏自由生活階段。這也表明,志留紀五口綱生物可能具有行走或爬行等能力,這將有助於它們以現代五口綱生物不再費心的方式捕捉宿主。
志留紀發生了什麼?如前所述,有頜魚類是新的熱門物種,陸生脊椎動物還是遙遠的夢想。但是介形蟲——嗯,它們可以一磅一磅地被撈上來,毫無疑問,一些志留紀濾食動物就是這麼做的。當然,今天它們仍然可以被撈上來,所以為什麼五口綱生物首先可能飛躍到魚類,然後飛躍到陸生脊椎動物,並且再也沒有回頭看,這仍然是一個謎。可能是當魚類吞食介形蟲時,發生了轉移,五口綱生物發現了超大尺寸的食物所帶來的好處。
參考文獻