三叶虫可能是地球上最成功的动物类群。这些甲壳类、类似鼠妇的节肢动物因其独特的三叶形身体而得名，是最早的硬体动物之一。它们大约在5.2亿年前出现，并在之后近3亿年的时间里主宰着古代海洋的化石记录。迄今为止，古生物学家已经发现了惊人的20,000个物种，它们展示了各种奇异的甲片、刺和角。“这就好像，‘进化，回家吧；你喝醉了，’”澳大利亚新英格兰大学的古生物学家罗素·比克内尔说。
然而，尽管三叶虫数量众多，但一直没有人能够弄清楚它们是如何繁殖的——直到现在。在一个非常不寻常的化石中，科学家们发现了化石记录中最早的性解剖结构之一的例子：一对小型的抓握附肢，可以让雄性三叶虫在交配时紧紧抓住雌性。
研究已灭绝动物的繁殖行为是出了名的困难，尤其是在无脊椎动物方面。“理解繁殖行为很困难，因为它不容易保存下来，”哈佛大学古生物学家莎拉·洛索说，她是最近一项研究的共同作者之一，该研究发表在《地质学》杂志上。三叶虫的脆弱部分，如腿、触角和生殖结构，是由软组织构成的，这些软组织很少石化。古生物学家可以根据某些物种外壳上的插槽和痕迹来推断腿的存在。但生殖器官却令人沮丧地难以捉摸。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和思想的有影响力的故事的未来。
另一个原因可以归结为科学偏见。过去，一些研究人员假设三叶虫的繁殖方式与哺乳动物的繁殖策略相似，导致他们寻找诸如“三叶虫阴茎”之类的结构（但尚未发现）。“那是不恰当的，”纽约州立大学弗雷多尼亚分校的无脊椎动物古生物学家托马斯·赫格纳说，他没有参与这项新研究。
当洛索和她的同事们仔细观察来自不列颠哥伦比亚省著名的伯吉斯页岩沉积层的5.08亿年前的三叶虫化石时，这一切都改变了。该物种Olenoides serratus是古代节肢动物中最广为人知的物种之一：它构成了伯吉斯页岩的许多化石，该属甚至以其名字命名了一张游戏王梦幻游戏卡。
然而，洛索的标本处于一个不寻常的位置。它化石化时是侧卧的，而不是像大多数Olenoides化石那样仰卧或俯卧。更重要的是，它的附肢伸展开来并被保存得非常详细，甚至包括关节。在这些附肢中，研究人员发现了两组短小的抓握附肢，它们看起来非常像被称为抱握器的生殖结构。
抱握器是海洋物种中相当常见的生殖特征，它允许雄性动物在水下释放精子时抓住它们的配偶。抱握器可以在虾、水生昆虫甚至鲨鱼中找到——并且，至关重要的是，三叶虫的现代类似物，鲎中也可以找到。
鲎和三叶虫并没有密切的亲缘关系。但科学家们认为，古代节肢动物占据的生态位与它们的现代对应物非常相似，像水生扫地机器人一样沿着沙质海底移动，并以漂到海底的碎屑为食。“事实上，有些三叶虫物种看起来基本上和鲎完全一样，”比克内尔说，他没有参与这项研究。因此，鲎经常被用作模拟三叶虫生命周期和行为的模板。
鲎抱握器的外观帮助洛索和她的团队证实，Olenoides的附肢不仅仅是畸形的脚。抱握器表明，在某些物种中，雄性和雌性三叶虫的身体外观不同。“他们已经找到了罗塞塔石碑化石，这使我们能够真正证实这些关于性二态性的理论，”比克内尔说。“这只是一个非常好的、从根本上重要的补充。”
洛索告诫说，这一特征可能并非普遍存在。“在Olenoides serratus中发现抱握器并不意味着所有三叶虫都以这种方式繁殖，”她说。尽管如此，这项研究标志着三叶虫古生物学的一个重要里程碑，这将有助于未来的研究。它暗示这些动物进化出了比之前认为的更广泛的特殊肢体，并且在它们进化的早期就做到了。“它说明了一个非常酷的潜在模块化，”赫格纳说。“它们就像一把装甲瑞士军刀。”