科学家们解开了一个关于在中国发现的奇怪寒武纪结构的 5 亿年前的谜团

极其详细的寒武纪化石表明,神秘的骨架管属于现代水母的远古祖先。

艺术家对大约 5.14 亿年前在寒武纪海底出现的 Gangtoucunia aspera 进行的重建。 前景中的人的部分骨骼被移除,以显示内部的软息肉。 (图片来源:王霞东重建)
艺术家对大约 5.14 亿年前在寒武纪海底出现的 Gangtoucunia aspera 进行的重建。 前景中的人的部分骨骼被移除,以显示内部的软息肉。 (图片来源:王霞东重建)

5 亿多年前,海栖无脊椎动物开创了一项新的进化实验:骨骼。但是,尽管这些耐用的管状结构作为化石经受住了时间的考验,但动物柔软的身体腐烂并消失了,抹去了这些古代动物可能长相的所有证据。现在,最近对这些古老骨骼管的重新检查终于揭开了其中一种神秘生物的身份。

这些早期的钙强化“骨架”管可以追溯到一个被称为寒武纪大爆发的时期(5.41 亿至 5.1 亿年前),并且似乎是一种有效的生存策略,因为它们在相对较短的时间跨度内以多个群体出现地质年代(约 5000 万年)。在此期间,从蚯蚓的分段祖先到缓步动物古怪的远亲,一切都创造了管状保护结构。

然而,追踪这些早期外骨骼的进化史被证明是棘手的。 “软组织往往会腐烂掉,”中国云南大学的无脊椎动物古生物学家、描述该发现的研究的合著者马小亚告诉我们。出于这个原因,识别寒武纪管化石有点像试图仅根据罐头的形状来猜测一个没有标签的空罐头的内容物——大多数人可能很容易盛装鸡汤和奶油玉米。

但科学家们正在揭开这些神秘的骨骼制造者的面纱。 在 11 月 2 日发表在英国皇家学会学报 B 期刊上的这项新研究中,一个国际研究小组描述了来自中国云南省的四个保存完好的寒武纪标本。 这些管栖生物 Gangtoucunia aspera 的 5.14 亿年前化石包括动物身体留下的软组织印痕。 通过仔细研究这些印象,科学家们确定这些管子属于一种古老的制造骨骼的水母。

在化石记录中很难找到软体无脊椎动物,尤其是水母几乎从未保存下来。 “就稀有性而言,这块化石是双重打击,”牛津大学古生物学家、该研究的合著者卢克·帕里 (Luke Parry) 在一封电子邮件中告诉我们。

通常,当海洋生物死亡时,食腐动物和细菌会快速处理其软组织。 但偶尔,一波细小的沉积物会以足够快的速度覆盖遗骸,以防止好氧细菌定居。据华盛顿特区的史密森尼国家自然历史博物馆称,这就是著名的北美伯吉斯页岩化石矿床的形成方式, 云南遗址也可能是这样形成的。

这些新发现的化石是由马云在云南大学的研究生、主要研究作者张光绪发现的,保存得非常详细,古生物学家甚至可以辨认出动物的内脏。 这些生物的嘴周围环绕着一圈触手,每条触手长约 0.2 英寸(5 毫米)。 他们有一个只有一个开口的囊状肠道(不像脊椎动物有幸拥有的单独的嘴和肛门)。

Gangtoucunia aspera 化石标本(左)和图解(右)。 保存下来的软组织包括内脏和触手。 (图片来源:Luke Parry 和 Guangxu Zhang)
Gangtoucunia aspera 化石标本(左)和图解(右)。 保存下来的软组织包括内脏和触手。 (图片来源:Luke Parry 和 Guangxu Zhang)

这些特征使研究小组得出结论,G. aspera 可能属于刺胞动物门,该门包括现代水母、珊瑚和海葵。它还奠定了一个更古老的理论,即该生物是一种环节动物蠕虫,其特征是它的分段身体和有两个开口的肠道。

G. aspera 很可能在古代海洋中游荡,其管的一端固定在其物种的其他成员或三叶虫等移动生物上,当掠食者游过时缩回其壳中。它可能像现代水母息肉一样进食,在猎物靠近时伸出带刺的触须。

今天只有一种水母类 Scyphozoa 的幼虫可以制造外骨骼。其他一些刺胞动物,例如珊瑚,会保留骨骼直至成年。然而,今天的珊瑚是用碳酸钙建造它们的骨骼的;相比之下,G. aspera 用磷酸钙制作管子,这种坚韧的化合物构成了我们的牙釉质和骨骼。

为什么现代刺胞动物从磷酸钙外骨骼转变为碳酸钙外骨骼仍然是个谜。 “一个潜在的原因是我们现在之前的环境富含磷,”马说。但答案也可以在刺胞动物遗传学中找到。 Ma 和她的团队希望在他们的研究继续进行时回答这个问题和其他问题。 “希望在不久的将来,我们能为每个人提供更多,”她说。

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