作者:李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2022/2/4 19:48:46
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“水做的骨肉”是怎么游起来的?

 

人过留迹,雁过留痕,但水母是一种悲伤的小动物——在地层中,它们通常什么都留不下。

“大多数水母身体97%的组成成分都是水,难以形成化石。这让水母行为的起源和演化成了学术界长期难以回答的问题。”西北大学研究员韩健对《中国科学报》说。

但一次机缘巧合,让韩健找到了破解这个难题的钥匙。他和团队的科学发现,水母的游泳行为可能是一个“副产品”。相关论文近日发布在eLife杂志上。

稀有水母化石现身

2016年,韩健等人在已发表的澄江生物群化石中,偶然看到了一个类似于碗口的印痕,碗口下方有放射形的线条,形状很接近现代水母。通过仔细的鉴定,他们确认这是迄今已知最古老的游泳型水母。

位于云南的澄江生物群记录了距今约5.18亿年的寒武纪生态景观,现代动物的绝大多数门类都能在这里找到祖先类型。但在这次发现前,人们从未在这里找到过水母的痕迹。

“物以稀为贵,这是非常难得的研究素材。”韩健说。

这只水母为什么会被保存在化石里,并不是一个很容易解释的问题。科学家推测,澄江动物群曾经历快速埋藏阶段,很多生物在生前死后遭遇了剧烈的泥质浊流沉积,在物化条件及厌氧微生物的共同作用下,软组织没有来得及完全降解,就被转换成了各种矿物,如无机碳,黄铁矿、硅铝酸盐、磷酸钙等。

然而这些化石还有一个重大缺憾。“现代水母是凭借伞缘的冠状肌收缩、排水,产生反作用力来推进游泳的。但澄江生物群的水母化石并没有留下这些肌肉的证据。”韩健说。

发现不会游泳的水母“祖宗”

幸运之光再次降临在陕南。研究人员在比澄江生物群年代更为久远的寒武纪宽川铺组(约5.35亿年前),发现了保存各种软组织结构的水母化石。与现代水母相似,在它们围绕内伞伞缘的位置,离散分布着直径1~4微米的肌肉束。

但这些水母也表现出一个与现代水母不同的特征,无论是在孵化前还是孵化后很长一段时间,都被包裹在自身分泌的围鞘之中。

这种结构让科学家看着很眼熟。

参与了这项研究的厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室博士宋希坤说:“几丁质围鞘和钙质骨骼在现生刺胞动物的水螅体中广泛存在,我们在寒武纪晚期发现的高等水螅化石中也发现了这种具有保护性的结构。”

“这些早期的,具有围鞘的寒武纪水母,极有可能是一种特化的水螅体结构。”宋希坤说,“它们应该是营底栖生活的,不能自由游泳。”

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陕南早寒武世宽川铺组化石扫描电镜照片显示其环形肌肉(A-D)及系统化石复原图(E)

那“水母”和“水螅”究竟是什么关系呢?可谓“你中有我,我中有你”,非常有趣。按照现代生物系统分类,刺胞动物门包括珊瑚超纲和水母超纲,其中水母超纲又包含十字水母纲、立方水母纲、钵水母纲和水螅水母纲。这些动物看起来形态各异,有的像树枝花蔓,有的像透明鱼缸,但其实可以大致分为两种形态:固着阶段的水螅体和游泳阶段的水母体。

以钵水母为例,它们的生命过程大致可以分为:受精卵、浮浪幼虫、固着生活的水螅体、具有游泳能力的碟状幼体和可以游泳捕食的水母体。仔细观察,水螅体其实可以大致看作倒立的水母,尽管它们的内部形态结构会有差异。

水母是怎样游起来的?

古老的化石就像一个个版块,逐步完善着水母游泳之谜的拼图。

寒武纪第一期的小壳化石动物大多营底栖和表栖生活,早期水母也不例外。它们在胚胎发育后期的水螅体阶段,具有一个呈锥形或塔形的围鞘,在水底的沉积物上生活。被藏在围鞘之中的环形肌肉系统,可以通过挤压收缩水母钟体用来进食和呼吸。而到了寒武纪第三期,水母已经可以游泳了。这大致锁定了水母游泳行为可能出现的时间段。

“摆脱围鞘束缚、能够自由游泳水母很可能出现于寒武纪第二期,但暂时还没有化石证据。”论文第一作者,青岛海洋地质研究所王星博士说。

“按照达尔文进化理论,任何一个复杂生命现象都是长期演变来的。我们推测,水母的游泳行为只是底栖型水母取食、呼吸的副产品。” 韩健说,“在长期的演化中,底栖水螅形水母逐步具备有节奏的神经冲动、感受重力的平衡石、伸缩能力较强的冠状肌、较厚的中胶层、比较深的下伞腔等内在条件,脱胎换骨;又恰逢合适的外在条件,如海水氧气含量的升高、水体中的其他猎物等,从而摆脱了围鞘的束缚,成为游泳型水母开始自由地畅游在大海之中。”

相关论文信息:https://elifesciences.org/articles/74716

 
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