内容摘要：三葉蟲軟組織的三維保存揭示了防禦性登記的趨同進化。署名:uux.cn/薩拉·r·洛索（神秘的地球uux.cn）據哈佛大學：自從19世紀70年代首次被發現以來，它們就一直被哈佛比較動物學博物館(MCZ)

三葉蟲軟組織的三維保存揭示了防禦性登記的趨同進化。署名:uux.cn/薩拉·r·洛索
（神秘的地球uux.cn）據哈佛大學：自從19世紀70年代首次被發現以來，它們就一直被哈佛比較動物學博物館(MCZ)收藏。這些獨特的化石藏在最大的三葉蟲收藏中，一直放在抽屜裏，直到145年後，哈佛大學生物和進化生物學(OEB)係的博士候選人Sarah Losso開始梳理三葉蟲收藏，作為她的論文的一部分。
“我開始攻讀博士學位時，研究了三葉蟲的所有薄片，對它們進行成像，並試圖找出我們實際上能看到的東西，”洛索說。"然後我發現了一些我們在三葉蟲化石中從未見過的東西."
在一項發表在《皇家學會學報B》上的新研究中，主要作者Losso描述了不尋常的三維三葉蟲化石，這些化石被製備成薄片，顯示了招募期間的3D軟組織。這項研究揭示了登記的三葉蟲的柔軟下側，以及允許節肢動物登記其身體以保護其免受捕食者和不利環境條件影響的進化機製。
三葉蟲是古生代的早期節肢動物。它們數量眾多，種類繁多，直到在二疊紀末大滅絕中滅絕。三葉蟲因其三裂的身體而得名，身體被富含方解石的耐用外骨骼覆蓋，易於保存；使三葉蟲成為古生代化石記錄的標誌性部分。它們分節的身體有許多肢對，包括行走的腿和呼吸用的鰓。與它們耐用的外骨骼不同，它們的下側，包括腿，要柔軟得多，所以除非滿足完美的條件，否則很少變成化石。三葉蟲沒有近親，盡管它們與馬蹄蟹相似。然而，馬蹄蟹可以作為一個有用的對比，因為它們的生活方式相似。
與軟組織化石相關的挑戰使得三葉蟲的研究更加特殊。這些化石來自奧陶紀(4.62億-4.51億年前)的莫霍肯階段。它們是在位於紐約州北部特倫頓瀑布附近的沃爾科特-拉斯特采石場被發現的；易洛魁部落最初居住的地區。這個采石場在一定程度上是以科學家查爾斯·d·沃爾科特(Charles D. Walcott)的名字命名的，他年輕時在那裏發現了登記的三葉蟲，後來在擔任史密森學會(Smithsonian Institution)主任期間，他發現了著名的伯吉斯頁岩。
沃爾科特在19世紀70年代將化石賣給了MCZ和史密森尼博物館，這些化石被困在沉積物漿中，迅速向下移動並掩埋了三葉蟲，從而在腐爛摧毀它們之前保存了脆弱的組織。它們的不同尋常之處在於，腿部和觸角等軟組織是以3D形式保存的。沃爾科特研究化石的方法是將化石切成像紙一樣薄的岩石片，然後用香脂樹液將它們粘在載玻片上。盡管已經盡了最大努力，沃爾科特的製備方法使得化石難以研究，因為3D結構被視為2D平麵。
“這些是已知的第一個完整的三葉蟲附肢，”洛索說，“在19世紀晚期發現它們之前，科學家們知道行走的腿，但不知道鰓分枝是什麽樣子的。”由於環境的幹擾，三葉蟲開始保護它們更脆弱的附肢。沉積物隨後包圍了部分注冊的三葉蟲的腿，即使在組織腐爛的時候也創造了外部形狀的模型。
許多不同的生物體都有這種現象。這是動物的一種防禦策略，它們有堅硬的外骨骼和較軟的身體組織。我們看到現代動物包括丸蟲(等足動物)，丸千足蟲(千足蟲)，甚至犰狳。通過注冊它們的身體，這些動物可以用它們堅硬的外骨骼保護它們脆弱的軟組織免受捕食者的傷害。在現代陸生節肢動物中，它還可以防止脫水和水分流失。
雖然三葉蟲注冊的機製已經得到了很好的研究，但由於缺乏軟組織保存的注冊化石，這些觀察隻是通過檢查它們的外骨骼進行的。在2萬種三葉蟲中，隻有不到40種有軟組織保存。在這40隻中，大多數隻保留了腿或觸角的一部分。隻有十幾個物種已知有完整的附肢，但大多數附肢被保存為高度壓縮的扁平化石，就像在不列顛哥倫比亞省的伯吉斯頁岩中看到的那樣。
“這些化石讓我們首次清晰地看到了三葉蟲軟組織的三維組織，以及處於不同入學階段的三葉蟲的第一個模具，這讓我們能夠實際看到它們如何移動它們的附屬物和其他結構，以便入學，”洛索說。
三葉蟲和其他節肢動物的背部和下側有成排的背外骨骼板。背麵的板稱為tergites，經過加固，比下麵的板大得多。胸骨是沿著下側的一排剛性板，更柔軟，更容易腐爛，因此在化石記錄中很少見到。然而，沃爾科特鐵鏽化石保存了腹部結構，包括胸骨和四肢。
雖然胸骨較軟，但如果它們不能彎曲或發音，胸骨太長太硬，動物無法報名。為了避免這一點，胸骨實際上以傾斜的方式滑過對方，類似於百葉窗，這使得他們的身體縮成一個球。三葉蟲的腿也適應了這種運動，進化成楔形，可以像比薩餅切片一樣放在注冊的球中。
“因為腿與身體相連的部分很少被看到，而且肯定不是在3D中，人們經常把它的橫截麵描繪成橢圓形或方形，”洛索說，“但橢圓形或方形的腿不允許完全注冊所需的靈活性。”
洛索將沃爾科特鐵鏽化石與現代節肢動物千足蟲、等足類動物和馬蹄蟹的CT掃描進行了比較，後者也收藏在MCZ收藏館。洛索發現，現代節肢動物使用與我們在三葉蟲中看到的相同的胸骨運動來登記它們的身體。三葉蟲在整個古生代都有發現。適應注冊讓它們茁壯成長，它們進化出有助於注冊的結構，例如腹部的正確比例和數量，以保持身體注冊和楔形腿。
“這些化石已經為人所知很長時間了，但沒有人把它們放在一起，我們可以使用這些真正偉大的化石來研究腹部的適應，”洛索說。“這些化石讓我們能夠將三葉蟲與現代節肢動物進行比較，並看到在給定節肢動物身體計劃的情況下，確實隻有一種方法可以完成注冊。這是一個很好的例子，說明了所有這些不同的譜係在很長一段時間內的趨同進化，因為我們在奧陶紀和今天都看到了這一點。這是一種重要的生存策略，如今蓬勃發展。”
“薩拉的工作極大地提高了我們對關鍵行為策略的理解，這種策略使三葉蟲在超過2億年的時間裏取得了令人難以置信的成功，同時也為MCZ 100多年來未被研究的沃爾科特-鐵鏽化石曆史收藏品帶來了新的關注，”資深作者Javier Ortega-Hernández說，他是OEB的助理教授，也是MCZ無脊椎動物古生物學的館長。“在登記期間，三葉蟲三維形態的新數據將使我們首次準確地模擬這一複雜的策略，並代表了遠親物種之間趨同進化的美麗例子。”