令人难以置信的化石发现显示了31亿年前 [复制链接]

查尔斯·达尔文(CharlesDarwin)在他的《物种起源》一书中讨论了地质记录的“不完善之处”。他正确地指出，除非条件恰到好处，否则生物不可能以化石的形式保存下来，即使是那些有骨头和贝壳的生物。

他还说“没有任何有机体可以完全柔软地保存下来”。

然而，自他的书出版以来，经过一个多世纪的化石狩猎，我们现在知道保存柔软的生物确实是可能的——包括一些最脆弱的动物，比如水母。

但是动物真正精致的解剖结构呢，比如它们的内脏呢？它们也能变成化石吗？

我们的研究于本周发表在Geology杂志上，表明即使是古代水生节肢动物（具有关节腿的无脊椎动物）的复杂大脑也能以惊人的细节保存下来。

在美国发现了3.1亿年前的马蹄蟹，它的大脑完好无损，这增加了最近的一系列化石发现，这些化石发现了一些最古老的节肢动物，这些节肢动物的中枢神经系统完好无损。

我们在研究中记录的鲎化石揭示了这些脆弱的器官——通常容易快速腐烂——如何能够以如此高的保真度保存下来。

（拉塞尔·比克内尔）

上图：（A）来自美国伊利诺伊州马松溪的马蹄蟹Euproopsdanae化石标本，其大脑完好无损。(B)大脑特写，如图像(A)中的框所示。(C)Euproopsdanae的重建，包括大脑的位置和解剖结构。

大脑冻结：如何使节肢动物的大脑变成化石

我们对史前节肢动物大脑的大部分知识都来自两种主要类型的化石沉积物：琥珀和伯吉斯页岩型。

琥珀是树皮中渗出的树脂化石，众所周知，它可以捕获各种生物。被埋葬的个体通常以节肢动物为代表，例如昆虫——在原版侏罗纪公园电影中出名。

这些化石保留了大量令人难以置信的解剖细节和行为，主要是因为在生物体被迅速困在树脂中后几乎不会发生腐烂。

上图：一只蜈蚣和一只相邻的蚂蚁悬浮在大约万年前的墨西哥琥珀中。

在这些琥珀化石上使用复杂的成像技术，古生物学家可以在极小的尺度上以3D方式研究微小的节肢动物大脑。然而，琥珀中最古老的节肢动物只能追溯到三叠纪时期（大约2.3亿年前）。

伯吉斯页岩型矿床的年龄要大得多，属于寒武纪（通常为至5.2亿年）。它们包含大量保存完好的海洋节肢动物。

这些化石非常重要，因为它们无疑代表了一些最古老的动物，因此可以告诉我们它们的起源和最早的进化历史。它们的遗骸主要以泥岩中的碳膜形式保存。

化石化过程始于风暴引发的泥石流，泥石流席卷了脆弱的动物，并将它们埋在低氧条件下的海底。随着时间的流逝，泥土变成石头并被压缩，使动物在岩石中被烤焦。

许多伯吉斯页岩型节肢动物标本保存了内脏，尤其是肠道。但较少显示中枢神经系统的部分，例如视神经、腹神经索或大脑。

上图：来自中国的寒武纪节肢动物昆明城江巨蜥。见化石中保存的珠状腹神经索(A)及其在重建中的中心位置(B)。

令人难以置信的保存

我们的新化石表明节肢动物的大脑可以以完全不同的方式保存。鲎的标本Euproopsdanae来自美国伊利诺伊州世界著名的马松溪矿床。该矿床的化石保存在由称为菱铁矿的碳酸铁矿物制成的结核中。

一些马松溪动物，例如奇异的“塔利怪兽”，完全是软体动物。这表明必须有特殊条件来保护它们。

我们第一次证明了马松溪动物不仅是由迅速形成的菱铁矿塑造的，这些菱铁矿掩埋了它们的整个身体，而且菱铁矿在它们分解之前迅速包裹了它们的内部软组织。

值得注意的是，Euproops的大脑是由一种称为高岭石的白色黏土矿物复制的。这种矿物铸件会在大脑腐烂很久之后在大脑留下的空隙中形成。如果没有这种显眼的白色矿物，我们可能永远不会发现大脑。

化石无脑

解释古代节肢动物解剖学的挑战之一是缺乏可用于比较的现代近亲。但对我们来说幸运的是，Euproops可以与四种活马蹄蟹相提并论。

即使是未经训练的眼睛，将化石的神经系统与现代鲎（下图）的神经系统进行比较，即使它们相隔3.1亿年，也不会在这两个物种中发现相同的结构。

上图：（A）Euproopsdanae大脑的化石和（B和C）解释图，以及（D）现代鲎幼年鲎的大脑。

化石和活的神经系统在它们与眼睛和附属器的神经排列上相匹配，并显示出相同的中央开口供食道通过。

发现这些特殊的标本，让古生物学家难得一见，深入了解过去，增进我们对已灭绝动物的生物学和进化的理解。看来查尔斯达尔文毕竟不必对化石记录如此悲观。