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科普文章

地球上是否存在沙虫的远古表亲
发布时间:2024-04-19    275   
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不管你对电影《沙丘》总体的看法是什么,沙虫,这个沙漠世界里凶猛的虚构动物,无疑给人留下了深刻的印象。巨大的沙虫在阿拉基斯沙漠世界的沙子下穿行,既让人恐惧,又让人敬畏。沙虫已经成为科幻小说中最具代表性的生物之一,但这些生物并不仅仅局限于故事里,在地球几十亿年的历史中,类似的物种也曾潜伏在地表下和海洋中。


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文 | 祝叶华



01

沙虫的远古“表亲”



沙虫的体型巨大,最长的甚至超过了450米,它们的外皮覆盖着粗糙坚硬、如同岩石一般的鳞片,鳞片下的皮肤则柔软得多。


头部是沙虫给人映像最深的地方,它的头部被巨大的口器占据,由三至四片瓣膜包裹,张开时会露出里面深渊一般的食道和粉碎机一样的牙齿。


沙虫没有眼睛和鼻子,依靠分布在头部和尾部柔软表皮上的触觉细胞感受周围的环境,这种感知外部环境和“捕猎”的场景在地球远古海洋中也曾多次出现过。


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▲巨型蠕虫摄食行为的三维模型示意图
▲像现代的博比特虫一样,古代蠕虫可能在海底挖洞,在攻击猎物之前埋伏等待
(图片来源:Y-Y. PAN ET AL./SCIENTIFIC REPORTS 2021)


巨大的蠕虫隐藏在珊瑚礁周围的海底下等待着,直到一条倒霉的鱼游到足够近的地方,它们就会用锯齿状的、敏捷的下颚抓住它,然后缩回沙洞里。

快速而致命的攻击为这种蠕虫赢得了“攻沙者”的称号。

这是2021年《科学报告》报道的一项研究发现,该研究预测大约2000万年前,巨大的海洋蠕虫可能会钻入海底,像《沙丘》中的沙虫一样突然出现,伏击毫无防备的猎物。

这些动物留下的古老地下巢穴出现在台湾沿海的岩石中,在隧道中挖洞的蠕虫被认为是现代博比特蠕虫的祖先。

自寒武纪以来,博比特蠕虫或鬃毛蠕虫就已经存在了,它们的长度可以在几厘米到1米之间。

这种蠕虫有锋利的牙齿,躲在海底,用它们的“天线”来感知附近的猎物。

当博比特虫感觉到上面有什么东西时,就会从沙子里冲出来,抓住并吃掉这个倒霉的猎物。

起初,科研人员并不能完全确定存在于化石中的洞穴是由哪种生物建造的。

许多其他海洋动物,如蛤蜊、甲壳类动物和海胆,也会在海底挖洞。

不过在研究了319个化石标本后,研究人员发现了蠕虫“开凿”隧道时留下的漏斗状的洞穴

这种奇怪的形状暗示着生活在这些洞穴里的动物天生就是暴力的,喇叭状的入口可能是捕食者进出洞穴的标志。

研究人员推断,这些洞穴很可能是由某种巨型蠕虫挖出来的,因为它们没有甲壳类动物隧道的标志性颗粒,而且比双壳类动物挖掘的隧道的衬里更光滑。

化石内部的铁质沉积物则表明参与洞穴施工的“挖掘机”一定又长又细,并且使用粘液来加固墙壁。

洞穴顶部的漏斗形也表明,这条古老的蠕虫从它的藏身处出来,撤退,然后一次又一次地重建顶部部分。

这些狩猎策略与现代的博比特虫一致,即将它们3米长的身体隐藏在沙子里,然后冲出来用剪刀状的牙齿抓住毫无戒心的猎物。


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▲定居在海底的博比特虫,等待伏击毫无戒心的猎物
图片来源scubaluna/Getty Images)



02

蠕虫化石回溯生命起源



于地球而言,蠕虫类动物对环境的影响是显著的。


早在寒武纪时期,蠕虫类动物的活动就促进了氧气在沉积物中的分布,从而改变了地球的海洋生态系统。


这些古代的蠕虫通过钻洞行为,使得海底的沉积物得以氧化,为复杂生命形式的存在创造了条件。


海洋蠕虫已经在海洋中漫游了数亿年,但蠕虫化石的形成却是一个相对困难的过程,这是因为蠕虫的身体通常由软组织构成,这些组织在死亡后很容易分解,不像骨骼或外壳那样容易保存下来。


尽管存在这些困难,科学家们仍然通过各种方法发现了一些蠕虫化石,这些化石为我们理解地球生命的历史提供了宝贵的信息。


通过化学分析、精细的挖掘技术和先进的成像技术,研究人员能够从稀有的保存良好的化石中提取出关于古代生物和环境的重要数据。


2020年一项发表在《国家科学院学报》的研究就发现了地球上最早出现的蠕虫之一:一种生活在5.55亿年前的小型蠕虫,被认为是目前已知最早的两侧对称动物,这种生物在大多数动物的进化历史上占据着“先驱”的地位。


这种蠕虫的体型非常小,身体长度在2毫米至7毫米之间,宽度在1毫米至2.5毫米,与米粒大小类似。


这些古老的蠕虫在进化史上具有重要的地位,它们展示了两侧对称动物的基本特征,这是多细胞动物进入高级发展阶段的标志。


两侧对称动物包括鱼、两栖动物、爬行动物、鸟、哺乳动物、海星、软体动物和昆虫等多种物种,这种身体形态使得有机体能够有目的地移动,并且具有明显的前后之分,前面有口,后面有肛门,中间有肠道连接,可以有效地消化食物。


这些蠕虫的化石是在澳大利亚南部的岩石中发现的,研究人员最初在岩石上发现了微小的孔洞,推测这些孔洞可能是由两侧对称动物造成的。


后来,通过进一步的观察和分析,在孔洞附近发现了椭圆形的印迹,并在岩石内发现了类似蠕虫的规则椭圆形身体结构,其中包括头、尾和环形肌肉组织的痕迹。


所以设想一下,5亿多年前,这类奇怪的蠕虫状生物在泥泞的海底爬行时死亡。这种生物和它留下的痕迹都在那里静静地躺了很长时间,以至于变成了化石。


现在,它们正在帮助我们修正对动物何时以及如何进化的理解,提供了关于生命早期演化历史的宝贵信息,同时也对于理解早期动物的演化和生态多样性的起源具有重要意义。


在6.35亿-5.42亿年前的埃迪卡拉纪,海洋中发生了惊人的事情。


简单单细胞和原始多细胞生命统治地球数十亿年后,更大更复杂的多细胞生物突然出现,即以南澳大利亚埃迪卡拉命名的埃迪卡拉生物群。


1868年,苏格兰地质学家亚历山大·默里首次发现了埃迪卡拉生物群化石。


20世纪60年代末,在加拿大纽芬兰发现了保存更为完好的化石。埃迪卡拉化石显示出大约在5.75亿年前生命体身体类型的多样性突然大幅增加,随后每种身体类型的复杂性迅速增加。


在世界上的其他地方,特别是俄罗斯北部和纳米比亚也发现了类似的高度多样化的埃迪卡拉纪生物群。


这有力地说明了埃迪卡拉纪的海洋中有丰富的生物,但许多埃迪卡拉纪的化石具有奇怪的解剖特征,与现代动物身上看到的不同。


正因为如此,古生物学家一直在努力将埃迪卡拉纪的生物与寒武纪的生物联系起来。


《沙丘》或许会再次掀起古生物学领域对生命起源追溯的研究热潮,通过研究最早的生命形式,如微生物化石和最早的多细胞生物,来找寻生命起源的线索,并且帮助解答生命是如何从无生命物质中诞生的问题,以及生命在地球上是如何首次出现的。