愚弄哈佛的化石:科学家解开 160 年进化谜团

煤油灯科技2025-11-28 09:30

一个曾被认为是一种蠕虫的有着百年历史的化石,如今正作为已知最早的非海洋叶足动物而改写节肢动物的进化史。

哈佛大学比较动物学博物馆(MCZ)收藏的一块化石,被证明是早期动物进化史上的重大发现。该化石名为“古虫炭疽”,于1865年首次有文献记载,当时被误认为是毛毛虫,且多年来经历了数次分类变动。科学家曾将其分别鉴定为蠕虫、千足虫,后来又鉴定为一种名为多毛类的海洋蠕虫。一个多世纪后,它的真实身份才浮出水面:它是已知的第一种生活在海洋以外的叶足动物,也是此类动物中最古老的例子。

叶足虫是身体柔软且现已灭绝的动物,代表着简单的蠕虫类生物与现代节肢动物(包括昆虫和甲壳类动物)之间的进化联系。这些远古生物大多生活在可以追溯到寒武纪的海洋环境中。1911 年,在加拿大伯吉斯页岩发现的奇虾和 Aysheaia pedunculata 等著名生物,进一步证明了叶足虫是严格意义上的海洋生物。然而,这一假设现在受到了质疑。

重新定义进化时间表

哈佛大学有机体与进化生物学系(OEB)前研究生(2025届博士)理查德·克内希特领导的一项新研究在《通讯生物学》杂志上发表,该研究重新描述了“古炭蛸”是发现的第一个非海洋、最年轻的叶足动物,比著名的伯吉斯页岩叶足动物早了近50年。

克奈希特说:“有爪动物可能是古生代海床上常见的生物,但我们以为除了微小的水熊虫和陆生的绒鳃虫,它们只生活在海洋中。”

克奈希特目前为密歇根大学博士后研究员,同时是哈佛大学比较动物学博物馆(MCZ)的研究员,在检查MCZ收藏的千足虫化石时发现了古螯虾。他注意到每一段体节上都有腿——因此排除了毛毛虫或蠕虫的可能性——并确认其为叶足动物。

为了证实这一点,研究团队利用先进的成像技术(包括背散射扫描电子显微镜和能量色散光谱法)对来自两个石炭纪化石库(美国马宗溪和法国蒙索莱米讷)的43个样本进行了分析。这些技术揭示了这些生物精美的解剖结构,尤其是覆盖在其身体上的近1000根鬃毛状的棘刺。

该论文的合著者、哥伦比亚大学物理学副教授南芳·余(Nanfang Yu)使用傅里叶变换红外光谱仪 (FTIR) 检测棘尖处的化学残留物——这表明棘在沼泽栖息地使用毒素分泌物来威慑捕食者。

“令我惊讶的是,生物大分子的片段竟然能够异常完好地保存下来,或者在化石中转变为地质大分子,”于说,“令我兴奋的是,该技术具有灵敏度和特异性,能够区分化石遗骸与岩石基质。”

淡水沼泽中的多刺幸存者

帕莱古虫最亲近的亲戚是哈德拉纳克斯,这是一种来自格陵兰的寒武纪叶足动物,比帕莱古虫早出现近2亿年。它们都有十对腿,没有爪子,且都是盲的。但是,哈德拉纳克斯没有甲壳,用伸长的前肢在深海中导航;而帕莱古虫体长仅四厘米,却披着一层密集的棘刺——棘刺位于每对腿之上,使其看起来毛茸茸的,像毛毛虫一样——生活在淡水环境中,可能是两栖环境。

古蝉虾的发现也解开了法国蒙索莱米内化石遗址的神秘面纱,该遗址一度被认为是海洋遗址。“马宗溪(Mazon Creek)是陆地、淡水和海洋生物的组合,”克奈希特(Knecht)解释道,“但是,蒙索莱米内遗址位于内陆数百公里处,并无海洋存在,这里有一半的样本。”重新分类证实了该遗址为非海洋遗址,为了解古代淡水生态系统提供了难得的线索。

这一发现拓宽了我们对叶足动物多样性的认识,并引发了新的进化问题:还有多少其他物种完成了从海洋到淡水的飞跃?博物馆的抽屉里是否还藏着更多被错误鉴定的此类物种?

克内希特(Knecht)指出:“将叶足类动物等软体生物化石化的条件非常罕见。我们的大部分见解都来自寒武纪拉格朗日沉积层,但石炭纪(古驼生活的时代)很少出现这种沉积层,因此每项新发现都极具价值。”

这一突破得益于对哈佛大学比较动物学博物馆、耶鲁大学皮博迪自然历史博物馆、史密森尼国家自然历史博物馆、法国奥顿自然历史博物馆、芝加哥菲尔德自然历史博物馆以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校所藏、历史长达一个世纪的标本的重新检查——这也凸显了博物馆藏品持续不断的科学价值。

具有讽刺意味的是,这块“古神翼龙”化石就在《奇妙的生命》一书作者、MCZ 馆长斯蒂芬·杰伊·古尔德 (Stephen Jay Gould) 办公室的几英尺外的一个抽屉里放了数十年。“它真的是明目张胆地藏着,”克奈希特 (Knecht) 说道,“有时候,最伟大的发现就是那些等待再次被审视的东西。”

参考文献:《来自石炭纪的披甲淡水叶足类生物——古油栉虫及其化学防御机制》,作者:Richard J. Knecht、Christian R. A. McCall、Cheng-Chia Tsai、Richard A. Rabideau Childers、Nanfang Yu,发表于2025年7月23日,《通讯生物学》(Communications Biology)。数字对象唯一标识符(DOI):10.1038/s42003-025-08483-0

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