有着“折刀”头的5.08亿年前的海洋食肉动物

2020-07-28 152节肢动物

多伦多大学(U of T)和多伦多皇家安大略博物馆(Royal Ontario Museum,ROM)的古生物学家们对一种微小但异常凶猛的远古海洋生物进行了彻底的重温,有着“折刀”头的5.08亿年前的海洋食肉动物,这种生物自一个多世纪前首次被发现以来就一直困扰着科学家。

这项研究由首席作者Cédric Aria进行,他是加州大学文理学院生态与进化生物学系博士课程的新近毕业生,也是联合作者Jean Bernard Caron,罗马无脊椎动物古生物学高级馆长、加州大学生态学、进化生物学和地球科学系副教授,今天发表在《BMC进化生物学》上。

有着“折刀”头的5.08亿年前的海洋食肉动物

长约2厘米,尾巴和身体其他部分一样长,已经灭绝很久的海贝藻(有着“折刀”头的5.08亿年前的海洋食肉动物)属于一种叫做节肢动物的无脊椎动物,其中还包括蜘蛛、昆虫、龙虾和螃蟹等熟悉的生物。它生活在大约5.08亿年前的中寒武纪时期,来自不列颠哥伦比亚省著名的伯吉斯页岩化石矿床。Habelia optata是“寒武纪大爆发”的一部分,这是一个快速进化的时期,大多数主要动物群首次出现在化石记录中。

像所有节肢动物一样,海贝藻的特征是身体分节,有外骨骼和有关节的四肢。然而,几十年来仍不清楚的是,哈贝利亚所属的节肢动物的主要亚群。早期的研究曾提到过下颌骨——一种高度多样化的血统,其成员拥有触角和一对被称为下颌骨的特殊附属物,通常用于抓取、挤压和压碎它们的食物。但后来,海贝藻被认为是伯吉斯页岩中典型的未分解节肢动物之一。

U-of T-ROM研究人员的最新分析表明,海贝藻(Habelia optata)反而是所有螯虾类(Chelicera)祖先的近亲,后者是当今生活的节肢动物的另一个亚类,因嘴前有一种叫做龟形目(chelicerae)的附属物而得名,用于切食。这主要是由于哈贝利亚头部的整体解剖结构,以及在这些化石中发现的两个类似于龟类的小附属物的存在。

“哈贝利亚现在非常详细地展示了白屈菜的身体结构,这让我们能够解决一些长期存在的问题,”阿里亚说,他现在是中国南京地质古生物研究所的博士后研究员我们现在可以解释为什么,比如说,马蹄蟹的后脑勺有一对减少的四肢。这些都是完全成形的附属物的遗物,因为切利切拉人最初的头部似乎不少于七对肢体。”

研究内容

Aria和Caron共分析了41个样本,其中大部分是由ROM领导的实地调查小组在Burgess页岩采集的新样本。

研究表明,哈贝利奥普塔塔(Habelia optata)全身披着许多不同的刺,分为头部、胸部和后胸,都有不同类型的附件。胸部有五对行走的腿,而后胸部则有可能用于呼吸的圆形附件。

“蝎子和现在已经灭绝的海蝎子也是螯蟹类,它们的身体分为三个不同的区域,”阿里亚解释道我们认为这些地区大体上对应于哈贝利亚地区。但一个主要的区别是,蝎子和海蝎和所有的螯虾一样,字面上是‘用头走路’,而哈贝利亚的胸部仍然有行走的附属物。”

研究人员认为,这种解剖学上的差异使得海贝藻进化出一个特别复杂的头部,这使得这种化石物种与已知的螯虾类相比更加奇特。Habelia的头部有一系列的五个附属物,由一个有牙齿的大盘子组成,有一个腿状的树枝,有坚硬的刚毛状的刺,用来抓握,还有一个细长的树枝,被修饰成感觉或触觉的附肢。

“这种由附属物和下颚组成的复杂器官使哈贝利亚以其体型成为一种异常凶猛的捕食者,”阿里亚说它很可能既有很强的机动性,又能有效地撕碎猎物。”

研究结果

这项研究的令人惊讶的结果是,尽管Habelia与chelicates的进化关系,这些不寻常的特征反而导致研究人员从功能角度比较了Habelia的头部和下颌的头部。因此,这种特殊的感觉分支可能是以类似的方式使用下颌骨使用触角。另外,中间五个序列中重叠的板状附属物显示出与头部下侧平行的张开和闭合——与下颌骨的情况非常相似,尤其是那些以硬壳动物为食的下颌骨。

最后,位于后脑勺的第七对附属物似乎完成了与“上颌足”相似的功能——下颌骨中的附属物,在食物加工过程中协助其他头肢。这种在功能上而不是进化起源上的广泛对应称为“趋同”

“从进化的角度来看,海贝藻接近于螯虾和下颌骨的分化点,”阿里亚说但它与下颌骨的相似之处在于其特征的二次修改,而这些特征在某种程度上已经在本质上是透明的。这表明白屈菜起源于具有高度结构变异性的物种

研究人员从杰出的头部结构和发达的步行腿得出结论,海贝莉亚奥普塔塔和它的近亲是寒武纪海底活跃的掠食者,它们捕食小型的贝壳状海洋生物,如小型三叶虫,即,在寒武纪时期已经非常多样化和丰富的矿化外骨骼。

“这建立在甲壳纲和贝壳在寒武纪大爆发期间进化变化的重要性的基础上,扩展了我们对生态系统的理解,显示了另一个层次的捕食者-猎物关系及其对节肢动物崛起的决定性影响,正如我们今天所知,”Caron说大部分研究已经完成。

“有壳动物的出现和传播被认为是寒武纪大爆发的一个决定性特征,而哈贝利亚有助于说明这种生态因素对龟类和节肢动物早期多样性的重要性。”

引用

University of Toronto. "A 508-million-year-old sea predator with a 'jackknife' head: Oldest close parent of spiders, scorpions and horseshoe crabs evolved sophisticated head to hunt and eat small shelly animals." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 December 2017. www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171222090334.htm.

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