科學家「透視」4.29億年前的三葉蟲化石:它們已經進化出類似昆蟲...

2021-01-09 前瞻網

近5億年前，地球上的生命非常不同。大陸布滿巖石，乾燥，幾乎沒有植被，貧瘠的兩極沒有冰。幾乎所有的植物和動物都生活在覆蓋地球大部分地區的廣闊、溫暖的海洋中。

但在環繞大陸的淺海中，有一種生物已經發展出一種完全現代的複眼視覺特徵。

根據上周四發表在《科學報告》（Scientific Reports）上的一項研究，有一種三葉蟲——生活在4.29億年前的海洋蜘蛛形節肢動物孔鯛（Aulacopleura koninckii），它們的複眼幾乎與現代蜜蜂的複眼一模一樣！

這一發現表明，複眼在動物歷史上很早就進化了，而且它們也有了相當完好的視覺系統。

與英國愛丁堡大學的尤安·克拉克森(Euan Clarkson)一起，德國科隆大學(University of Cologne)的自然科學教授布裡吉特·舍內曼(Brigitte Schoenemann)博士領導的一個研究小組重新檢查了一種1.2釐米長的動物化石，這種動物被稱為孔鯛（Aulacopleura koninckii）。它是一種三葉蟲：一種有點像樹蝨（woodlouse）的海洋動物，與昆蟲和蝦有親緣關係。

研究人員發現，孔鯛體積小，數量多，它們穿越溫暖的寒武紀海洋，眼睛有深色的環，這使它們能夠在大陸邊緣明亮的淺水中生存。

他們使用數字顯微鏡，檢查了這隻三葉蟲眼睛化石的內部結構。這塊化石發現於1846年在現在的捷克共和國被發現，Schoenemann和她的同事們發現，這隻孔鯛的左眼還在，其功能類似於現代昆蟲和甲殼類動物的眼睛。他們表示，許多複眼的結構和功能自古生代（5.42億至2.52億年前）以來幾乎沒有變化，這為了解三葉蟲的遠古生命提供了新知。

但是，這隻三葉蟲的眼睛結構是如何讓它的進化設計與過去5億年相關的呢？Schoenemann和其他研究人員對化石進行了研究，尋找線索。

這塊孔鯛化石由法國-捷克古生物學家約阿希姆·巴蘭德(Joachim Barrande)命名，它的高度不超過0.8英寸，後腦殼上只有兩隻突出的半橢圓形眼睛完好無損。

在眼球的顯著特徵中，有一系列相同的直徑35微米左右的視覺單元，它們是被稱為「ommatidia」的微型感受器，每個感受器都有感光細胞和聚焦光線的透鏡。其中，還包含了光探測細胞，這些細胞聚集在被稱為「rhabdom」的透明管周圍。一個由屏障形成的色素細胞組成的暗色環包圍著每一個單元，在其上方有一個厚透鏡和一個扁平晶體錐的殘餘物，使得光線可以聚焦到紋路上，形成一種「馬賽克」般的視覺效果。

其配體的內部結構與現代昆蟲幾乎相同。唯一的區別是它們並沒有那麼密集地聚集在眼睛裡，這可能減少了動物能看到的細節數量。但從本質上說，這是一種現代複眼。直到今天，蜜蜂和蜻蜓還在使用這種視覺。

有趣的是，研究人員發現三葉蟲的眼睛晶狀體主要由方解石（calcite）構成，方解石是一種高度折射的物質。根據這項研究，雖然其他海洋生物，包括海星和石鱉，也有鈣化的晶狀體，但它們的眼睛起著光探測器的作用，孔鯛能看見東西，這使得三葉蟲成為「唯一使用晶狀體中的方解石來形成圖像視覺的類動物」。

但Schoenemann團隊發現這些不僅僅只是眼睛的結構那麼簡單。這種結構本身為這些三葉蟲繁盛的生存環境提供了一扇窗戶，因為這種複眼對生活在深海中的生物沒有用處。

在複眼中，每個視覺單元單獨工作以提供單個像素。在三葉蟲的研究中，有大約200個像素點——這讓它們擁有了馬賽克視覺，可以分辨障礙物、庇護所和捕食者——而現代的蜜蜂有數千個像素點，而蜻蜓的每隻眼睛有高達30,000個像素點。

孔鯛眼睛的小尺寸表明，它生活在明亮的淺水中，可能在白天很活躍，因為較小的鏡片在明亮的環境下更容易捕捉光線。

三葉蟲是最成功的早期動物之一，它們從大約5.2億年前開始統治了3億年的海洋，最後一種滅絕於2.52億年前（這場「大滅絕」抹殺了70%的陸地脊椎動物和96%的海洋物種）。儘管它們沒有在大規模的滅絕中倖存下來，但它們對現代生活最重要的貢獻持續了下來，更為昆蟲和甲殼類等相關類群的起源提供了線索。

尚不清楚在寒武紀三葉蟲出現之前複眼存在了多久，Schoenemann表示。這種眼睛可能只出現過一次，出現在昆蟲和三葉蟲的最早祖先身上。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：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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