4.29億年前三葉蟲Aulacopleura koninckii與現代蜜蜂的複眼一模一樣

2020-08-17 科普百分百

4.29億年前三葉蟲Aulacopleura koninckii與現代蜜蜂的複眼一模一樣(Photo by Brigitte Schoenemann)

（神秘的地球uux.cn報導）據科技日報（張夢然）：根據自然科研旗下《科學報告》近日發表的一項最新研究，德國科學家利用數字顯微技術「透視」了一個來自4.29億年前的三葉蟲化石的眼睛，發現其內部結構幾乎與現代昆蟲眼睛一模一樣。這一研究結果表明，許多現代昆蟲和甲殼動物眼睛的視覺原理，至少已有5億年的歷史。這也為人類理解遠古生命提供了新的線索。

對遠古生命研究領域來說，三葉蟲是寒武紀就出現的最有代表性的動物——它們前後在地球上生存了3.2億多年，擁有極強的生命，在漫長的時間長河中，它們的演化十分繁複，因此其生命體結構對人類掌握生物演化線索至關重要。

三葉蟲也是第一個有明確定義眼睛的生物。德國科隆大學研究人員布萊吉特·舒爾內曼和尤安·卡拉克森，此次利用最新數字顯微技術，重新檢驗了一個1846年在捷克共和國境內發現的三葉蟲（名為「A. koninckii」）化石。該化石高1毫米至2毫米，頭部後側有兩個凸起的半橢圓眼睛，其中一個已經破裂。

研究人員報告稱，他們此次發現，該三葉蟲眼睛的一些內部結構與許多現代昆蟲和甲殼動物的複眼結構類似，包括它們名為「小眼」的視覺單元（直徑35微米），其中包含了聚集在感杆束這種透明管束周圍的感光細胞。

研究人員認為，環繞每個視覺單元的深色環由色素細胞組成，這些色素細胞在視覺單元之間充當屏障。每個視覺單元表面有一個厚晶狀體，剩下的部分研究人員認為是一個扁平的晶錐，光會先經過這個晶錐，再聚焦到感杆束上。

視覺單元很小，可以說明「A. koninckii」三葉蟲曾生活在明亮的淺水域，可能在白天較為活躍，因為直徑較小的晶狀體在明亮環境下的捕光效率較高。視覺單元之間存在色素細胞屏障，說明這個三葉蟲曾擁有馬賽克視覺，每個視覺單元貢獻了整體畫面的一小部分，類似於許多現代昆蟲和甲殼動物的複眼。

這一研究結果表明，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。

相關報導：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視覺的複眼

（神秘的地球uux.cn報導）據前瞻網：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。

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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