【動物進化】節肢動物門|寒武紀海洋中的「小強」——三葉蟲

2021-01-16 新苗教育

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1958年4月15日,我國發行了一套《中國古生物》郵票,這套郵票共三枚,而其中一枚郵票為蒿裡山三葉蟲。(如圖)。這是世界上首枚以三葉蟲為主題的郵票,而郵票上的三葉蟲正是我國著名古生物學家孫雲鑄先生在1924年命名的蒿裡山蟲Kaolishania的頭部和尾部。


三葉蟲,原始的節肢動物,是非常普遍的化石動物,其知名度可能僅次於恐龍。那麼,這種古老而神秘的生物到底是怎樣的,又經歷了什麼呢?


                   


三葉蟲最初出現在5.6億多年前寒武紀早期的海洋中,是最早的多細胞動物之一。三葉蟲,在5億-4.3億年前發展到高峰,直到2.4億年前的二疊紀時期才完全滅絕,前後在地球上生存了3.2億多年,貫穿了恐龍出現前的整個「古生代」,可見,這是一類生命力極其頑強的生物。在漫長的時間長河中,它們還演化出許多種類,可謂「史前小強」!由於三葉蟲的發展非常快,因此它們非常適合被用作標準化石。



      三葉蟲的化石,又稱蝙蝠石,粗看似鞋印,仔細觀察後發現,它們從結構上可分為頭甲、胸甲和尾甲三部分,其體外包有一層堅硬的外殼,殼面普遍光滑。三葉蟲背殼的中間部分稱為軸部或中軸,左、右兩側稱為肋葉或肋部;頭部多數被兩條背溝縱分為三葉,中間隆起的部分為頭鞍及頸環 ,兩側為頰部;眼位於頰部,由方解石(碳酸鈣,CaCO₃)組成;胸部則由若干胸節組成 ,形狀不一。


一般所採到的三葉蟲化石都是背殼,而在英屬哥倫比亞、紐約州、中國、德國等地方曾發現過非常稀有的、帶有軟的身體部位如足、鰓和觸角的三葉蟲化石。


       中科院南京地質古生物所朱茂炎課題組發現,已滅絕的三葉蟲和與節肢動物門有顎類的動物親緣關係更近,而不是傳統觀點所認為的與三葉蟲"長得像"的螯肢類。該成果揭示三葉蟲和相關"三葉形蟲"的內肢和外肢具有不同的形態分異,這種形態分異的模式與以鱟為代表的螯肢類外肢明顯退化的情況迥異。因此,三葉蟲與鱟雖然長得像,但不是親戚哦!

(ps:關於鱟的更多知識,可查看《【動物進化】肢口動物綱|古老的藍血動物》一文)


三葉蟲與珊瑚、海百合、腕足動物、頭足動物等動物共生。大多適應於淺海底棲爬行或以半遊泳生活,還有一些在遠洋中遊泳或遠洋中營漂浮生活。生活習性的不同決定著其身體構造的不同。底棲三葉蟲身體扁平,有的三葉蟲可鑽入泥沙生活,其頭部結構堅硬,前緣形似扁鏟,便於挖掘。有的頭甲癒合,肋刺發育,尾小,具尖末刺,用以在泥沙中推進。另外,適於在鬆軟或淤泥海底爬行生活的類型,其肋刺和尾刺均很發達,使身體不易陷入泥中。營漂浮生活的類型,往往身體長滿纖細的長刺。它們以原生動物、海綿動物、腔腸動物、腕足動物的動物屍體或以海藻等細小生物為食。

眾所周知,西瓜蟲一遇到危險,就會將自己捲曲起來,頭尾相接,用堅硬的外殼保護自己柔軟的足和觸角,但這種高效率的保護方式,並非西瓜蟲首創。早在奧陶紀時期,某些三葉蟲如寶石蟲、斜視蟲、隱頭蟲等便發展了捲曲的能力,在其甲殼內還有一種適應捲曲而形成的結構——潘傑爾器官。欣賞完下面的動圖,三葉蟲是不是可以稱得上「古代海洋的雜技專家」了呢?

對於三葉蟲的個體發育過程,科學家通常是通過採集同一層位中同一種個體的不同生長階段的標本來研究的。三葉蟲的個體發育,大致劃分為三個時期,即幼年期、中年期和成年期。幼年期蟲體頭部和尾部尚不分明,也沒有胸節,直徑大約為0.24~1.3毫米。中年期蟲體頭部和尾部已經分開,胸節也已經發育,但是節數比成年期少一節。成年期蟲體的胸部與尾部節數增加到了極限,蟲體增大,殼上的刺、瘤等附加物也出現了。

在奧陶紀時期,地球上淺海廣布,氣候適宜,三葉蟲尚且數目繁多。然而,大約4.46億年至4.44億年前,即奧陶紀末期,這兩百萬年間地球上發生了第一次大規模的物種滅絕事件,又被稱作「奧陶紀滅絕事件」。關於生物滅絕的原因,古生物學家認為是由全球氣候變冷造成的,當時的地球正經歷安第斯—撒哈拉冰河時期,大片的冰川使洋流和大氣環流變冷,全球溫度下降,一段時期的冰川作用鎖住了地球上的大量水,這大大降低了海平面,改變了生物的生存 環境,沿海生物圈被嚴重破壞。消滅了大約一半的三葉蟲家族。值得慶幸的是,仍有一些努力適應了寒冷海洋生活環境的三葉蟲存活了下來,例如達爾曼蟲(Dalmanites)。

然而,隨著環境的不斷變化,三葉蟲又遇到了新的麻煩。約4.3億年到4.2億年前,第一批有頜魚類出現。一些科學家認為這些新的食肉動物給三葉蟲帶來了更大的進化壓力。果然,在有頜魚類首次出現約2000萬年後,化石記錄中開始出現新的多刺的三葉蟲變種,例如Dicranurus,有著彎曲而尖利的刺。(Dicranurus是一種生活在歐美大陸和岡瓦納大陸之間的淺海中的三葉蟲)

地球歷史繼續發展,大約從3.75億年前開始,大量富含碳的沉積物逐漸沉積,水中的氧氣水平也開始下降。珊瑚礁群落開始崩潰,那些有頜新魚類和陸地上的新生命形式,如植物和昆蟲,勉強度日。而包括三葉蟲在內的大多數無頜的底棲生物都開始逐漸消失。最後,這一系列被稱為「泥盆紀晚期大滅絕」的不幸事件,導致海洋中20%的動物家族消失,包括除四個家族以外的所有三葉蟲。


三葉蟲瀕臨滅絕!而接下來即將發生的,地球歷史上最大規模的物種滅絕徹底讓它成為歷史。地球大氣層發生了巨大的變化,一些科學家認為這是小行星撞擊地球造成的;另一些人指出,那也是一個火山活動頻繁的時期。而最重要的是,地球的這一次改變又對三葉蟲造成了極大影響!在不到100萬年的時間裡,陸地上70%的物種消失了,海洋裡95%的物種消失了,包括最後倖存下來的三葉蟲。這場使三葉蟲徹底消失的大滅絕事件是地球生命史上最嚴重的災難,被稱為「二疊紀大滅絕事件」。

這曾經盛極一時的生物早已從地球上徹底消失了。它們匆匆而來,卻又匆匆而去,留給我們的只有無限的思考。那麼,隨著地球環境的不斷惡化,人類是否會像三葉蟲那樣,走向滅絕呢?

                    

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