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科学家“透视”4.29亿年前的三叶虫化石:它们已经进化出类似昆虫视觉的复眼

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 Evelyn Zhang • 2020-08-17 17:00:58 来源:前瞻网 E5646G0
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近5亿年前,地球上的生命非常不同。大陆布满岩石,干燥,几乎没有植被,贫瘠的两极没有冰。几乎所有的植物和动物都生活在覆盖地球大部分地区的广阔、温暖的海洋中。

但在环绕大陆的浅海中,有一种生物已经发展出一种完全现代的复眼视觉特征。

4.29亿年前的三叶虫化石

根据上周四发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的一项研究,有一种三叶虫——生活在4.29亿年前的海洋蜘蛛形节肢动物孔鲷(Aulacopleura koninckii),它们的复眼几乎与现代蜜蜂的复眼一模一样!

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这一发现表明,复眼在动物历史上很早就进化了,而且它们也有了相当完好的视觉系统。

与英国爱丁堡大学的尤安·克拉克森(Euan Clarkson)一起,德国科隆大学(University of Cologne)的自然科学教授布里吉特·舍内曼(Brigitte Schoenemann)博士领导的一个研究小组重新检查了一种1.2厘米长的动物化石,这种动物被称为孔鲷(Aulacopleura koninckii)。它是一种三叶虫:一种有点像树虱(woodlouse)的海洋动物,与昆虫和虾有亲缘关系。

研究人员发现,孔鲷体积小,数量多,它们穿越温暖的寒武纪海洋,眼睛有深色的环,这使它们能够在大陆边缘明亮的浅水中生存。

他们使用数字显微镜,检查了这只三叶虫眼睛化石的内部结构。这块化石发现于1846年在现在的捷克共和国被发现,Schoenemann和她的同事们发现,这只孔鲷的左眼还在,其功能类似于现代昆虫和甲壳类动物的眼睛。他们表示,许多复眼的结构和功能自古生代(5.42亿至2.52亿年前)以来几乎没有变化,这为了解三叶虫的远古生命提供了新知。

但是,这只三叶虫的眼睛结构是如何让它的进化设计与过去5亿年相关的呢?Schoenemann和其他研究人员对化石进行了研究,寻找线索。

这块孔鲷化石由法国-捷克古生物学家约阿希姆·巴兰德(Joachim Barrande)命名,它的高度不超过0.8英寸,后脑壳上只有两只突出的半椭圆形眼睛完好无损。

在眼球的显著特征中,有一系列相同的直径35微米左右的视觉单元,它们是被称为“ommatidia”的微型感受器,每个感受器都有感光细胞和聚焦光线的透镜。其中,还包含了光探测细胞,这些细胞聚集在被称为“rhabdom”的透明管周围。一个由屏障形成的色素细胞组成的暗色环包围着每一个单元,在其上方有一个厚透镜和一个扁平晶体锥的残余物,使得光线可以聚焦到纹路上,形成一种“马赛克”般的视觉效果。

复眼

其配体的内部结构与现代昆虫几乎相同。唯一的区别是它们并没有那么密集地聚集在眼睛里,这可能减少了动物能看到的细节数量。但从本质上说,这是一种现代复眼。直到今天,蜜蜂和蜻蜓还在使用这种视觉。

有趣的是,研究人员发现三叶虫的眼睛晶状体主要由方解石(calcite)构成,方解石是一种高度折射的物质。根据这项研究,虽然其他海洋生物,包括海星和石鳖,也有钙化的晶状体,但它们的眼睛起着光探测器的作用,孔鲷能看见东西,这使得三叶虫成为“唯一使用晶状体中的方解石来形成图像视觉的类动物”。

但Schoenemann团队发现这些不仅仅只是眼睛的结构那么简单。这种结构本身为这些三叶虫繁盛的生存环境提供了一扇窗户,因为这种复眼对生活在深海中的生物没有用处。

在复眼中,每个视觉单元单独工作以提供单个像素。在三叶虫的研究中,有大约200个像素点——这让它们拥有了马赛克视觉,可以分辨障碍物、庇护所和捕食者——而现代的蜜蜂有数千个像素点,而蜻蜓的每只眼睛有高达30,000个像素点。

孔鲷眼睛的小尺寸表明,它生活在明亮的浅水中,可能在白天很活跃,因为较小的镜片在明亮的环境下更容易捕捉光线。

三叶虫是最成功的早期动物之一,它们从大约5.2亿年前开始统治了3亿年的海洋,最后一种灭绝于2.52亿年前(这场“大灭绝”抹杀了70%的陆地脊椎动物和96%的海洋物种)。尽管它们没有在大规模的灭绝中幸存下来,但它们对现代生活最重要的贡献持续了下来,更为昆虫和甲壳类等相关类群的起源提供了线索。

尚不清楚在寒武纪三叶虫出现之前复眼存在了多久,Schoenemann表示。这种眼睛可能只出现过一次,出现在昆虫和三叶虫的最早祖先身上。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:https://www.newscientist.com/article/2251851-trilobites-living-429-million-years-ago-had-eyes-like-modern-insects/

https://www.courthousenews.com/fossil-of-429-million-year-old-marine-creatures-eye-reveals-insect-like-vision/

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