4.29亿年前的三叶虫拥有和现代蜜蜂一样的眼睛

一块罕见的裂开的化石展现了古代生物的视角

三叶虫Aulacopleura kionickii

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完美无瑕的化石或许是很好的博物馆展品,但它们并不总是对古生物学家最有信息价值。古代生命的一些更重要的秘密被锁在化石内部,而幸运的裂缝可以揭示内部细节,这些细节可能在其他情况下仍然隐藏。就一个特殊的4.29亿年前的三叶虫(一种已灭绝的节肢动物,看起来像一只大号的鼠妇)而言,一个恰到好处的裂缝使古生物学家能够通过这种生物的眼睛来看世界。

三叶虫是进化史上最伟大的成功故事之一。这些早期动物的特点是其外骨骼身体的“三个叶”,它们最早出现在大约5.21亿年前,在被称为寒武纪大爆发的生物多样性高峰期。它们又繁衍了数百万年,大小从小于纽扣到大于餐盘不等,在大约2.52亿年前灭绝。鉴于三叶虫在古代海洋中如此常见,研究它们的进化历史可以深入了解我们星球海洋中的生命。

德国科隆大学的古生物学家布丽吉特·舍内曼说:“我一直很喜欢这些漂亮的Aulacopleura三叶虫,它们有着很大的头和很大的眼睛。” “所以我买了一个。”也许这块化石对其他人来说只会是一件收藏品。但作为视觉进化方面的专家,舍内曼注意到它有一些不寻常之处。


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她说:“我非常惊讶地看到一只眼睛破了。” 暴露的内表面揭示了动物的晶状体、其受体细胞和其解剖结构的其他部分。这种细节在化石记录中是不常见的:精细细胞结构的保存,尤其是在眼睛中,通常依赖于在缺氧环境中快速埋葬。发生这种保存的地方,例如不列颠哥伦比亚省著名的寒武纪布尔吉斯页岩,是少之又少的。(舍内曼的Aulacopleura标本被掩埋的情况尚不清楚。)

三叶虫Aulacopleura koninckii左眼的外部视图。 图片来源:布丽吉特·舍内曼

她说:“长期以来,人们认为只有骨骼、牙齿和其他坚硬的物体才能在化石记录中保存下来。” “能够区分细胞结构,尤其是在眼睛中,是非常非常罕见和特殊的。”

舍内曼和她的合著者、苏格兰爱丁堡大学的尤安·克拉克森周四在《科学报告》上发表了他们对古代眼睛的分析。尽管已经有4.29亿年的历史,但这只三叶虫的眼睛看起来很现代,类似于今天的蜜蜂和蜻蜓的眼睛。这种类型被称为并列复眼,这意味着每个晶状体独立作用,以创建生物所见事物的马赛克图像。

新研究中没有参与的新英格兰大学古生物学家约翰·帕特森说,对三叶虫眼睛的详细观察有助于追踪节肢动物眼睛和视觉的进化过程。“主要信息似乎是,三叶虫在该群体最早的进化阶段就已发育出并列复眼,并在其整个历史中都坚持了这种设计。”

该论文还借鉴了之前对三叶虫视觉的研究,为了解Aulacopleura偏好的栖息地类型提供了一个窗口。眼睛的解剖结构表明,三叶虫生活在明亮的浅水环境中。考虑到物理学规定的晶状体大小和光线可用性之间的关系,舍内曼说,Aulacopleura的小晶状体在明亮栖息地中功能最好。因此,该动物很可能在白天活动。

舍内曼指出,三叶虫的眼睛与我们自己的眼睛非常不同,因为它由数十个小平面组成,这些小平面会形成该生物环境的马赛克图像。她说:“眼睛大约有200个小平面,肯定足以区分环境中的障碍物、明暗区域、庇护所、形状和其他生物。”她补充说,检测到的生物将包括当时可能吞食三叶虫的掠食性头足类动物。当Aulacopleura在古代浅滩中游荡时,它肯定会留意周围的环境。

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