极其罕见的缓步动物化石以前所未有的细节被发现

现存仅发现四具“水熊”化石。
Specimen photographed with autofluorescence under confocal microscope at 639 nm; different colors indicate z-depth, with violet to red gradient representing the shallowest to deepest planes, respectively.
在 639 nm 的激光共聚焦显微镜下,使用自发荧光技术拍摄的样本;不同颜色指示 z 轴深度,紫到红色渐变分别代表最浅到最深的平面。来源:Communications Biology

借助强大的显微镜技术,现在可以前所未有地、高分辨率地观察到多种古老已灭绝的 缓步动物(又名“水熊”)的化石。通过这些新的观察,研究人员认为他们帮助解开了这些微小无脊椎动物历史中许多悬而未决的谜团。

缓步动物是地球上最顽强、最古老的生物之一。专家认为,这种微小动物的最早祖先可以追溯到 5 亿年前的寒武纪。而如今的缓步动物物种很可能在 1.55 亿至 6600 万年前的白垩纪,与(体型大得多的)恐龙同时代演化而来。

Specimen photographed with transmitted light under compound microscope.
在复合显微镜下,使用透射光拍摄的样本。来源:Communications Biology

当今超过 1100 种缓步动物物种之所以能区别于地球上几乎所有其他动物,在于它们能够经历 隐生。必要时,水熊会排出体内所有水分,并将新陈代谢减缓至几乎停滞的状态,进入所谓的 桶状休眠。同时,这些节肢动物的近亲会产生一种蛋白质,在经常持续数年的极端休眠期保护其 DNA。它们已证明自己完全有能力承受 外太空 严酷、充满辐射的环境,在 海底 沸腾的热火山喷口附近存在,在北极生存,甚至 被高速枪发射出去

然而,古生物学家仍未完全理解缓步动物是如何以及何时演化得如此顽强的。为了帮助解决这个问题,哈佛大学比较动物学博物馆的三名进化生物学家借用了一块 7200 万至 8300 万年前的琥珀,其中包含两具缓步动物化石。尽管这块琥珀在哈佛博物馆已经存放了几十年,但由于其不透明的颜色、化石的尺寸以及技术限制,研究人员至今只对其进行了很少的检查。

[相关:超级顽强的缓步动物如何修复其辐射损伤的 DNA。]

在用牙蜡将样本固定到载玻片上后,研究团队在每个侧面滴加甘油,以供激光共聚焦荧光显微镜观察。随后,将一系列缓步动物的“切片”照片合并,创建高清晰度的复合图像。

这两只古老的缓步动物属于两个不同的已灭绝物种:Beorn leggiAerobius dactylus。它们的物理特征为进化生物学家提供了前所未有的细节,揭示了它们与现代水熊的两个科之间的共同点。在根据物理特征和详细测年方法估算这两个化石物种在整个缓步动物谱系树中的位置后,该团队得以“探讨使用它们来估算主要缓步动物类群分化时间的意义”。

特别是,通过对琥珀化石和现代缓步动物的比较,该团队还确定,至少有两组不同的水熊类群在过去的不同时期演化出了隐生能力——一组在 1.75 亿至 4.3 亿年前,另一组在 1.75 亿至 3.82 亿年前。

该团队现在也确信,Beorn leggiAerobius dactylus 属于同一个超科——Hypsibioidea,这为“研究缓步动物起源提供了关键的化石校准点”。据研究人员称,这种重要的进化联系和隐生能力的共同发展“可能是帮助(缓步动物)完全逃避灭绝的因素之一”。

遗憾的是,Beorn leggiAerobius dactylus 是迄今发现的四具缓步动物化石中的两具,这意味着在研究水熊的进化历程时,进化生物学家仍然缺乏大量素材。尽管如此,随着激光共聚焦荧光显微镜等技术的进步,专家们比以往任何时候都更愿意在发现更多化石时对其进行研究。

 

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