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4.29亿年前三叶虫Aulacopleura koninckii与现代蜜蜂的复眼一模一样

4.29亿年前三叶虫Aulacopleura koninckii与现代蜜蜂的复眼一模一样

4.29亿年前三叶虫Aulacopleura koninckii与现代蜜蜂的复眼一模一样(Photo by Brigitte Schoenemann)

(神秘的地球uux.cn报道)据科技日报(张梦然):根据自然科研旗下《科学报告》近日发表的一项最新研究,德国科学家利用数字显微技术“透视”了一个来自4.29亿年前的三叶虫化石的眼睛,发现其内部结构几乎与现代昆虫眼睛一模一样。这一研究结果表明,许多现代昆虫和甲壳动物眼睛的视觉原理,至少已有5亿年的历史。这也为人类理解远古生命提供了新的线索。

对远古生命研究领域来说,三叶虫是寒武纪就出现的最有代表性的动物——它们前后在地球上生存了3.2亿多年,拥有极强的生命,在漫长的时间长河中,它们的演化十分繁复,因此其生命体结构对人类掌握生物演化线索至关重要。

三叶虫也是第一个有明确定义眼睛的生物。德国科隆大学研究人员布莱吉特·舒尔内曼和尤安·卡拉克森,此次利用最新数字显微技术,重新检验了一个1846年在捷克共和国境内发现的三叶虫(名为“A. koninckii”)化石。该化石高1毫米至2毫米,头部后侧有两个凸起的半椭圆眼睛,其中一个已经破裂。

研究人员报告称,他们此次发现,该三叶虫眼睛的一些内部结构与许多现代昆虫和甲壳动物的复眼结构类似,包括它们名为“小眼”的视觉单元(直径35微米),其中包含了聚集在感杆束这种透明管束周围的感光细胞。

研究人员认为,环绕每个视觉单元的深色环由色素细胞组成,这些色素细胞在视觉单元之间充当屏障。每个视觉单元表面有一个厚晶状体,剩下的部分研究人员认为是一个扁平的晶锥,光会先经过这个晶锥,再聚焦到感杆束上。

视觉单元很小,可以说明“A. koninckii”三叶虫曾生活在明亮的浅水域,可能在白天较为活跃,因为直径较小的晶状体在明亮环境下的捕光效率较高。视觉单元之间存在色素细胞屏障,说明这个三叶虫曾拥有马赛克视觉,每个视觉单元贡献了整体画面的一小部分,类似于许多现代昆虫和甲壳动物的复眼。

这一研究结果表明,许多复眼的结构和功能自古生代(5.42亿至2.52亿年前)以来几乎没有变化,这为了解三叶虫的远古生命提供了新知。

相关报道:科学家“透视”4.29亿年前的三叶虫化石:它们已经进化出类似昆虫视觉的复眼

(神秘的地球uux.cn报道)据前瞻网:近5亿年前,地球上的生命非常不同。大陆布满岩石,干燥,几乎没有植被,贫瘠的两极没有冰。几乎所有的植物和动物都生活在覆盖地球大部分地区的广阔、温暖的海洋中。

但在环绕大陆的浅海中,有一种生物已经发展出一种完全现代的复眼视觉特征。

根据上周四发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的一项研究,有一种三叶虫——生活在4.29亿年前的海洋蜘蛛形节肢动物孔鲷(Aulacopleura koninckii),它们的复眼几乎与现代蜜蜂的复眼一模一样!

这一发现表明,复眼在动物历史上很早就进化了,而且它们也有了相当完好的视觉系统。

与英国爱丁堡大学的尤安·克拉克森(Euan Clarkson)一起,德国科隆大学(University of Cologne)的自然科学教授布里吉特·舍内曼(Brigitte Schoenemann)博士领导的一个研究小组重新检查了一种1.2厘米长的动物化石,这种动物被称为孔鲷(Aulacopleura koninckii)。它是一种三叶虫:一种有点像树虱(woodlouse)的海洋动物,与昆虫和虾有亲缘关系。

研究人员发现,孔鲷体积小,数量多,它们穿越温暖的寒武纪海洋,眼睛有深色的环,这使它们能够在大陆边缘明亮的浅水中生存。

他们使用数字显微镜,检查了这只三叶虫眼睛化石的内部结构。这块化石发现于1846年在现在的捷克共和国被发现,Schoenemann和她的同事们发现,这只孔鲷的左眼还在,其功能类似于现代昆虫和甲壳类动物的眼睛。他们表示,许多复眼的结构和功能自古生代(5.42亿至2.52亿年前)以来几乎没有变化,这为了解三叶虫的远古生命提供了新知。

但是,这只三叶虫的眼睛结构是如何让它的进化设计与过去5亿年相关的呢?Schoenemann和其他研究人员对化石进行了研究,寻找线索。

这块孔鲷化石由法国-捷克古生物学家约阿希姆·巴兰德(Joachim Barrande)命名,它的高度不超过0.8英寸,后脑壳上只有两只突出的半椭圆形眼睛完好无损。

在眼球的显著特征中,有一系列相同的直径35微米左右的视觉单元,它们是被称为“ommatidia”的微型感受器,每个感受器都有感光细胞和聚焦光线的透镜。其中,还包含了光探测细胞,这些细胞聚集在被称为“rhabdom”的透明管周围。一个由屏障形成的色素细胞组成的暗色环包围着每一个单元,在其上方有一个厚透镜和一个扁平晶体锥的残余物,使得光线可以聚焦到纹路上,形成一种“马赛克”般的视觉效果。

其配体的内部结构与现代昆虫几乎相同。唯一的区别是它们并没有那么密集地聚集在眼睛里,这可能减少了动物能看到的细节数量。但从本质上说,这是一种现代复眼。直到今天,蜜蜂和蜻蜓还在使用这种视觉。

有趣的是,研究人员发现三叶虫的眼睛晶状体主要由方解石(calcite)构成,方解石是一种高度折射的物质。根据这项研究,虽然其他海洋生物,包括海星和石鳖,也有钙化的晶状体,但它们的眼睛起着光探测器的作用,孔鲷能看见东西,这使得三叶虫成为“唯一使用晶状体中的方解石来形成图像视觉的类动物”。

但Schoenemann团队发现这些不仅仅只是眼睛的结构那么简单。这种结构本身为这些三叶虫繁盛的生存环境提供了一扇窗户,因为这种复眼对生活在深海中的生物没有用处。

在复眼中,每个视觉单元单独工作以提供单个像素。在三叶虫的研究中,有大约200个像素点——这让它们拥有了马赛克视觉,可以分辨障碍物、庇护所和捕食者——而现代的蜜蜂有数千个像素点,而蜻蜓的每只眼睛有高达30,000个像素点。

孔鲷眼睛的小尺寸表明,它生活在明亮的浅水中,可能在白天很活跃,因为较小的镜片在明亮的环境下更容易捕捉光线。

三叶虫是最成功的早期动物之一,它们从大约5.2亿年前开始统治了3亿年的海洋,最后一种灭绝于2.52亿年前(这场“大灭绝”抹杀了70%的陆地脊椎动物和96%的海洋物种)。尽管它们没有在大规模的灭绝中幸存下来,但它们对现代生活最重要的贡献持续了下来,更为昆虫和甲壳类等相关类群的起源提供了线索。

尚不清楚在寒武纪三叶虫出现之前复眼存在了多久,Schoenemann表示。这种眼睛可能只出现过一次,出现在昆虫和三叶虫的最早祖先身上。

参考资料:https://www.newscientist.com/article/2251851-trilobites-living-429-million-years-ago-had-eyes-like-modern-insects/

https://www.courthousenews.com/fossil-of-429-million-year-old-marine-creatures-eye-reveals-insect-like-vision/

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(神秘的地球uux.cn报道)据中新网:动物视觉原理是怎样演化的?远古动物与现生动物眼睛有何变化?施普林格·自然旗下开放获取期刊《科学报告》最新发表一项古生物学研究论文称,来自4.29亿年前的一个三叶虫化石眼睛的内部结构几乎与现代蜜蜂的眼睛一模一样。这一研究结果表明,许多现代昆虫和甲壳动物眼睛的视觉原理至少已有5亿年的历史。

论文通讯作者、德国科隆大学(Brigitte Schoenemann)布里吉特·肖内曼和英国爱丁堡大学尤安·克拉克森(Euan Clarkson)合作,利用数字显微技术重新检验了一个1846年在捷克发现的三叶虫(Aulacopleura koninckii)化石。该化石高1-2毫米,头部后侧有两个凸起的半椭圆眼睛,其中一个已经破裂。他们报告的一些内部结构与许多现代昆虫和甲壳动物的复眼结构类似,包括其名为小眼的视觉单元(直径35微米),其中包含了聚集在感杆束这种透明管束周围的感光细胞。

论文作者认为,环绕每个视觉单元的深色环由色素细胞组成,这些色素细胞在视觉单元之间充当屏障。每个视觉单元表面有一个厚晶状体,剩下的部分是一个扁平的晶锥,光会先经过这个晶锥,再聚焦到感杆束上。

视觉单元很小说明该三叶虫化石曾生活在明亮的浅水域,可能在白天较为活跃,因为直径较小的晶状体在明亮环境下的捕光效率较高。视觉单元之间存在色素细胞屏障,说明这个三叶虫曾拥有马赛克视觉,每个视觉单元贡献了整体画面的一小部分,类似于许多现代昆虫和甲壳动物的复眼。

论文作者总结说,他们的研究结果表明,许多复眼的结构和功能自古生代(5.42亿至2.52亿年前)以来几乎没有变化,这为了解三叶虫的远古生命提供了新的认知。




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