“我身边的化石”科普创作大赛

谁吃了三叶虫?-鸸鹋湾疑案

发布时间:2024-06-24 作者:
牛长泰
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沉积物碎屑在海水中悬浮着,这是前几天海底泥石流留下的痕迹。阳光透过海面射入水中,凭借着悬浮物形成一道道光柱,其中一道正好打在奥尔德里奇岛泳虫(Nesonektris aldridgei)的脸上,他是一只古虫,也是鸸鹋湾村的村长。


↑ 图1 奥尔德里奇岛泳虫的化石(左图)与复原图(右图)。左图来源:[1],右图来源:wiki

鸸鹋湾村是5.14亿年前的动物村落,坐落于冈瓦纳大陆北缘赤道附近温暖的浅海,经常受到海底泥石流的影响。如果说前几天的泥石流掩埋了大量村民已经够让岛泳虫头疼了,那么在他面前的这只三叶虫-莱德利基虫(Redlichia)受害者,更是让目前的情况雪上加霜,这已经是一年中第38起莱德利基虫袭击案了。


 图2 被“咬”伤的莱德利基虫化石。图片来源:[2]

与属于古虫类的岛泳虫不同,鸸鹋湾村的大部分居民都是节肢动物,除此之外还有一些环节动物、软体动物、叶足动物、腕足动物、多孔动物、软舌螺类、古蠕虫类、开腔骨类。绝大多数动物都是以水中的小型浮游生物或者沉积物中的有机质碎屑为食,但是一些体型较大的动物可能捕食其他行为。虽然捕食行为在寒武纪大爆发后很常见,但是如此大规模的捕食行为严重破坏了鸸鹋湾村的安宁。岛泳虫下定决心,必须在下一起袭击事件发生之前揭露这些捕食者的真面目。

先对受害者进行一下调查吧。这一系列的捕食事件均发生在莱德利基虫属的三叶虫中,在鸸鹋湾村生活的莱德利基虫有两个物种,一种是打鼓莱德利基虫(Redlichia takooensis),另一种是君王莱德利基虫(Redlichia rex),这两个物种虽然都属于莱德利基虫属,但是前者的数量要远高于后者,大小要也要比后者小很多,打鼓莱德利基虫的体长不超过10厘米,大部分只有几厘米长,而君王莱德利基虫可以长达25厘米,超过10厘米的个体也很多。

 图3 打鼓莱德利基虫(左侧二图)和君王莱德利基虫(右侧二图)的化石与素描图。图片来源:[3]

在38起受害案件中,有30起发生在打鼓莱德利基虫中,8起发生在君王莱德利基虫中。他们分属于两个物种,但是受害者是否存在什么共同特点呢?岛泳虫调取了受害者的资料,统计了他们的身体情况,发现受害者在各自的物种中,体型都是偏向于最大的。

这是为什么?岛泳虫快速思考着。按理来说捕食者更喜欢捕食那些体形偏小的个体,他们的移动速度偏慢,反抗的力量也更弱,能对捕食者造成的麻烦也更小,为什么这些受害者的体形都这么大呢?难道是凶手更喜欢体型大的猎物?毕竟猎物体型越大捕食成功的话捕食者能吃到的肉也越多。岛泳虫突然想到了前几天接到的几起失踪案件,失踪者也均为莱德利基虫。根据他们的家人描述,这些莱德利基虫都体型偏小。这些失踪案和袭击事件之间是否存在什么联系呢?

这时,一只扁平古蠕虫Vetustovermisplanus)摆动着身体两侧游了过来,虽然叫古蠕虫,但其实是一种早期头足动物,是今天乌贼和章鱼的远亲。她惊恐地描述着她刚刚所看到的一切:“天啊,我只是在水底游泳寻找海底的小动物吃吃,没想到会碰到这么可怕的景象!一些莱德利基虫的碎片被杂乱地保存在排泄物之中!这不是我干的!”。这当然不是古蠕虫干的,岛泳虫知道这种软体动物不具有撕碎三叶虫的能力,她只能吃一些软软的动物。岛泳虫来到现场,观察着这一片狼藉的场景,很明显这些莱德利基虫遭遇了不测,被凶手以某种方式粉碎了之后吃了下去,但是他们的外骨骼难以消化,所以被排泄出体外。


 图4 扁平古蠕虫化石(左图)与其近亲泳虾鱿(Nectocaris)复原图(右图)。左图来源:[4];右图来源:wiki.

看来那些小莱德利基虫很可能是被完完全全吃掉了,岛泳虫有些难过,默默地为他们感到不幸。这也解释了为什么最近记录的袭击案中的受害者都是一些较大的个体,因为他们可以在被袭击后更快地逃离现场,相比于小型个体他们也有更厚实更坚硬的外骨骼来抵御攻击,这些都可以帮助他们提高存活几率。


 图5 包含莱德利基虫碎片的粪化石。图片来源:[2]

到底是什么动物可以造成如此巨大的伤害呢?岛泳虫继续分析着受害者资料,发现在这38只莱德利基虫中,有37只的伤口分布躯干,1只分布于头部。而在30只打鼓莱德利基虫受害者中,总共存在39处伤口,其中12处分布于整个躯干的前半部分,27处分布于躯干的后半部分,19处位于躯干的左半部分,20处位于躯干的右半部分。这些数据表明,袭击者喜欢从受害者后面偷袭,而不是去面对面攻击头部,同时袭击者在进攻上并没有左右偏好。


 图6 打鼓莱德利基虫的伤口分布,1-前部,2-后部,L-左侧,R-右侧。图片来源:[2]

一阵不安在岛泳虫心中蔓延开来,这些莱德利基虫伤口的照片引起了他一些不愉快的回忆:那一对长满尖刺的巨大前附肢、一双凸起的具柄的眼睛、放射状的口器、呈波浪状快速摆动的游泳叶……难道凶手是奇虾?在鸸鹋湾村上层水体中生活的凶猛的捕食者-戴利奇虾(Anomalocaris daleyae)?

岛泳虫依稀记得还在他年幼的时候,与其他岛泳虫群刚搬迁到鸸鹋湾村,刚进入村落的上层水体,便看到了一个巨大的身影朝他们快速地游来,那是他一生都不曾忘却的恐怖景象:同伴们被奇虾巨大的爪子卷起,送到口中,一口一口咬碎吞噬下去,他在目睹了这一切后快速游离现场,险种只有恐惧和悲痛。在鸸鹋湾村住了一阵之后,岛泳虫们发现,奇虾会在白天光线充足的时候出来捕食,在晚上停止活动,于是岛泳虫们选择在晚上游到上层水体滤食水中的浮游生物,这才能生存下来。


 图7 戴利奇虾的复眼(左上图)与前附肢化石(左下图)以及头部复原图(右图)。左上图来源:[5];左下图来源:[4];右图来源:[6]

是啊,奇虾通常都是在上层水体中捕食游泳的动物,他们怎么会下到海底来捕食莱德利基虫呢?在鸸鹋湾村中,除了岛泳虫外,在上层水体活动的等刺虫也经常成为奇虾的猎物,他们也是鸸鹋湾村上层水体中最常见的居民。岛泳虫听说一只普通等刺虫(Isoxys communis)曾经逃脱奇虾的魔爪,他打算去拜访这只等刺虫,看看他是怎么认为的。


 图8 普通等刺虫化石(左图)和澄江生物群的弯喙等刺虫(Isoxys curvirostratus)复原图(右图)。左图来源:[4];右图来源:wiki

岛泳虫在一处偏远的水体中见到了这只等刺虫,他正在和他的同伴组成虫群在水中自由穿梭,捕食更小型的动物。岛泳虫开门见山,对等刺虫问道:“你曾经受到过奇虾的捕食,你觉得奇虾会是捕食三叶虫的凶手吗?”。说到这里,这只等刺虫两眼突然放光,得意地说道:怎么可能,那奇虾的前附肢看起来吓人,但基本没有什么硬度,不过上面的尖刺倒是可以阻止身体较软的猎物逃脱,如果他们用那一对前附肢去抓三叶虫的话,三叶虫坚硬的矿化外骨骼可能反而会把奇虾的前附肢弄伤,而他们的口器也是要依靠前附肢来取食猎物,不能直接扑到三叶虫身上就是一口,更何况那口器也是软的,怎么可能咬碎三叶虫呢?”。


 图9 正在捕食等刺虫的奇虾。图片来源:Wiki

看来凶手并不是上层水体中游荡的危险的奇虾,岛泳虫思考到。他们虽然凶狠,但很少会在海底附近活动,他们一直以那些在上层水体中游泳的身体较软的动物为食,比如自己的同类、扁平古蠕虫、等刺虫等,取食三叶虫只会弄伤他们自己。那凶手究竟是谁呢?

岛泳虫觉得,有必要去请教一下鸸鹋湾村的千里眼-布里格斯针鼹虾Echidnacaris briggsi),看看她是否曾看到些什么。与奇虾一样,针鼹虾也生活在鸸鹋湾村的上层水体中,她和奇虾的长相也有些相似,长着一对巨大的前附肢、放射状的口器以及大大的复眼,但与奇虾不同的是,针鼹虾是滤食动物,他们会卷起像梳子一样的前附肢滤出水中毫米级别的浮游生物送到口器前,并用口器暴风吸入。虽然刚出生的岛泳虫有时会不幸被他们取食,但是对于长达15厘米的岛泳虫村长,针鼹虾已经不再是威胁。最主要的是,针鼹虾有时会在靠近海底的水体中觅食,可能会看到一些海底发生的情况,说不定包括凶案发生时的场景。


 图10 针鼹虾的复眼(左上图)与前附肢化石(左中、左下图)以及头部复原图(右图)。左上图和右图来源:[6];左中、左下图来源:[7]

针鼹虾慢慢思索着,缓慢地摆动着她的前附肢,这有助于她的思考,岛游虫等待着,希望能从针鼹虾那里获取有用的信息。针鼹虾似乎有了结果,在迟疑片刻之后,她缓缓说道:“你所解决的,便是问题的答案……”。这句话让岛泳虫十分困惑,他努力想从中获取有用的信息,他继续追问针鼹虾,但她不肯再透露一个字。

“究竟是谁造成得这一切?三叶虫钙化的外骨骼如此坚硬,那么能咬碎三叶虫的动物,应该也拥有十分坚硬的捕食结构吧……等等,难道凶手也是三叶虫?”,岛泳虫突然有些理解了之前针鼹虾所说的话,看来他解决的是关于三叶虫的问题,问题的答案很可能也是三叶虫。

但是有什么证据证明这一点呢?如果三叶虫是凶手的话,又是哪种三叶虫呢?岛泳虫打算先查看一下鸸鹋湾村每种三叶虫的数据,包括他们的体型、附肢形态、食性等等。天色渐渐暗了下来,寒冷的底层水流让这个夜晚显得更不平静,随着调查的进一步深入,一阵不安在他的心中逐渐袭来。

在所有鸸鹋湾村的三叶虫中,体形最大的三叶虫便是君王莱德利基虫了,他们的体长可以达到25厘米,鸸鹋湾村没有其他三叶虫可以达到他们这个体形,如果有一种三叶虫可以捕食其他三叶虫的话,那非君王莱德利基虫莫属。考虑到排泄物中莱德利基虫碎片的大小,也只有他们这种体形的三叶虫有如此宽大的消化道供这些碎片穿过。但是他们拥有能将莱德利基虫肢解的作案工具吗?答案是确定的。岛泳虫详细观察了君王莱德利基虫的附肢结构,发现其内侧具有形态厚重的颚基,形状可以承受较大的压力,其上面分布着粗壮短小的棘刺,十分适合咬碎坚硬的壳,这一套装置简直就是完美的开壳装置,看来真凶开始逐渐浮出水面了。


 图11 君王莱德利基虫的附肢化石(左上图)以及原肢的有限元分析(左下图)以及附肢复原图(右图),

注意颚基内侧的棘刺(gs)。左上图来源:[8];左下图来源:[9];右图来源:[3]

但是受害者中也有君王莱德利基虫啊,难道他们也会取食自己的同类吗?虽然一种动物为了获得营养和能量捕食另外一种动物在寒武纪是既定的自然法则,但同类相食仍然是十分罕见的现象。岛泳虫决定亲自调查一下。

这是一个风平浪静的夜晚,玉盘一样的月亮照亮了鸸鹋湾村的海底,这是三叶虫交配的时刻,三叶虫们按照物种各自聚在一起,寻找自己的配偶。为了更清楚地观察情况,岛泳虫邀请了鸸鹋虾作为记录员,描述海底的情况,同时也保护自己免受奇虾的捕食。

一切都很平静,似乎不会有什么事情发生……

突然水体开始剧烈振动并变得浑浊,这是海底泥石流来临的症状,但这次与往常有些不一样,接近海面的水体也开始变得浑浊起来,月光不再清晰。岛泳虫和鸸鹋虾向着三叶虫群的方向游去,那是泥石流尚未到达的地方,鸸鹋虾大叫一声:“快看!”,只见她前附肢指向的方向,一些君王莱德利基虫正趁乱捕食自己的同类,一些则混入打鼓莱德利基虫群,横冲直撞!莱德利基虫看不到身体后方的区域,他们只顾着向前逃窜,在海底卷起一阵阵碎屑,与正在到来的泥石流混杂在一起。

岛泳虫知道了答案,造成这一切的确实是君王莱德利基虫,但现在一切都已经晚了。这次泥石流的流速之快是这些小动物的游速远远比不上的,哪怕几十厘米长的鸸鹋虾在浑浊而快速流动的水体中也避免不了被裹挟着埋藏的命运。突然,岛泳虫感觉到自己无法呼吸,水体中的氧气不知什么原因突然减少了,他逐渐失去了意识,沉到了海底……沉积物慢慢覆盖在了他的身上,以及所有被缺氧水体窒息的生物,包括那些三叶虫,时空仿佛凝固了一般,他们四散奔逃的样子被固定了下来。鸸鹋湾村这桩悬案的答案,难道就要被泥石流永远地掩埋了吗?


 图12 清江生物群的埋藏方式,海底泥石流和缺氧水体与布尔吉斯页岩型埋藏方式有关,鸸鹋湾页岩也是如此。图片来源:[10]

时光飞逝,5.14亿年过去了,此时地球的环境与鸸鹋湾村存在之时已大不相同。鸸鹋湾村几乎原封不动地被埋藏在沉积物中,形成鸸鹋湾页岩。页岩裂开一道缝隙,阳光透过缝隙中的尘土照在岛泳虫的身体之上,此时他已然变成了化石,他身体周围的莱德利基虫也被接二连三地挖掘出来,其中一些身体上保存了被啃咬的痕迹。岛泳虫的远亲-脊索动物后代中的一支-人类对此感到非常困惑,但很快便意识到这些三叶虫是受到了捕食。可捕食者是谁呢?看来,这桩悬案并没被掩埋,凭借着他们的才智,人类即将揭晓答案!


 图13 今天的鸸鹋湾页岩,位于澳大利亚南部袋鼠岛。图片作者:David Marshall

参考文献

[1]García-Bellido D C, Lee M S Y, Edgecombe G D, et al. A new vetulicolian from Australia and its bearing on the chordate affinities of an enigmatic Cambrian group[J]. BMC Evolutionary Biology, 2014, 14: 1-14.

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[3]Holmes J D, Paterson J R, García-Bellido D C. The trilobite Redlichia from the lower Cambrian Emu Bay Shale Konservat-Lagerstätte of South Australia: systematics, ontogeny and soft-part anatomy[J]. Journal of Systematic Palaeontology, 2020, 18(4): 295-334.

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[7]Daley A C, Paterson J R, Edgecombe G D, et al. New anatomical information on A nomalocaris from the C ambrian E mu B ay S hale of S outh A ustralia and a reassessment of its inferred predatory habits[J]. Palaeontology, 2013, 56(5): 971-990.

[8]Bicknell R D C, Holmes J D, García-Bellido D C, et al. Malformed individuals of the trilobite Estaingia bilobata from the Cambrian Emu Bay Shale and their palaeobiological implications[J]. Geological Magazine, 2023, 160(4): 803-812.

[9]Bicknell R D C, Holmes J D, Edgecombe G D, et al. Biomechanical analyses of Cambrian euarthropod limbs reveal their effectiveness in mastication and durophagy[J]. Proceedings of the Royal Society B, 2021, 288(1943): 20202075.

[10]Fu D, Tong G, Dai T, et al. The Qingjiang biota—a Burgess Shale–type fossil Lagerstätte from the early Cambrian of South China[J]. Science, 2019, 363(6433): 1338-1342.



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《谁吃了三叶虫?-鸸鹋湾疑案》( 文学类)

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