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

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。

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！

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。

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/