科學家在1600萬年前的多米尼加琥珀中發現水熊新物種

緩步動物也被稱為水熊,是一個多樣化的有魅力的微型無脊椎動物群體,它們因其在極端條件下的生存能力而最為出名。一個著名的例子是2007年的一次太空旅行,在那裡水熊被暴露在太空真空和有害的電離太陽輻射中,但在返回地球后仍然設法生存和繁殖。在世界各大洲和不同的環境中,包括海洋、淡水和陸地,都發現了水熊的蹤跡。

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緩步動物在所有五個泛生代大滅絕事件中都倖存下來,然而目前研究人員知道最早的現代外觀的緩步動物來自白堊紀,距今大約8000萬年。儘管它們有漫長的進化歷史和全球分佈,但緩步動物的化石記錄卻極為稀少。由於其微小的尺寸和非生物礦化的身體,緩步動物成為化石的機會很小。

在即將發表在《皇家學會學報B輯》的一篇論文中,研究人員描述了一個新的現代外觀的緩步動物化石,代表了一個新屬和新物種。這項研究使用共聚焦激光顯微鏡獲得了重要的解剖學特徵的更高分辨率的圖像,這有助於系統發育分析,以確定該化石的分類位置。

新的化石Paradoryphoribius chronocaribbeus是迄今為止被完全描述和正式命名的第三種遲緩動物琥珀化石。另外兩個被完全描述的現代外觀的緩步動物化石是Milnesium swolenskyi和Beorn leggi,它們都來自北美白堊紀的琥珀。Paradoryphoribius是在中新世(大約1600萬年前)多米尼加琥珀中發現的第一塊化石,也是遲緩動物超家族Isohypsibioidea的第一個代表化石。

共同作者、新澤西理工學院的Phillip Barden向第一作者、博士生Marc A. Mapalo和高級作者Javier Ortega-Hernández教授介紹了這塊化石,他們都在哈佛大學的有機體和進化生物學系。Barden的實驗室發現了這塊化石,並與Ortega-Hernández和Mapalo合作,詳細分析了這塊化石。專門研究遲鈍動物的馬帕洛率先使用位於哈佛大學生物成像中心的共焦顯微鏡對化石進行分析。

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Mapalo說:”處理這個琥珀標本的困難在於它對於解剖顯微鏡來說太小了,我們需要一個特殊的顯微鏡來完全看清這個化石。一般來說,解剖顯微鏡透射的光線可以很好地揭示琥珀中昆蟲和蜘蛛等較大內含物的形態。然而,Paradoryphoribius的身體總長度只有559微米,或略高於半毫米。在如此小的規模下,解剖顯微鏡只能顯示出化石的外部形態。

幸運的是,Tardigrade的角質層是由幾丁質構成的,這是一種纖維狀的葡萄糖物質,是真菌的細胞壁和節肢動物外骨骼的主要成分。甲殼素具有熒光性,很容易被激光激發,這使得使用激光共聚焦顯微鏡完全觀察緩步動物的化石成為可能。使用激光共聚焦顯微鏡而不是透射光來研究化石,可以產生不同程度的熒光,從而更清楚地看到內部形態。通過這種方法,Mapalo能夠完全看到化石的兩個非常重要的特徵,即爪子和口腔裝置,或動物的前腸,它也是由角質層組成的。

Mapalo說:”儘管從外部看它像一個現代緩步動物,但通過激光共聚焦顯微鏡,我們可以看到它有這種獨特的前腸組織,這使我們有理由在這個現存的緩步動物超科群體中建立一個新屬。Paradoryphoribius是Isohypsibioidea超家族中唯一具有這種獨特特徵排列的屬。”

Ortega-Hernández說:”緩步動物化石非常罕見。在我們的新研究中,完整的記錄只包括四個標本,其中只有三個被正式描述和命名,包括Paradoryphoribius。這篇論文基本上囊括了迄今為止已知的三分之一的緩步動物化石記錄。此外,Paradoryphoribius提供了整個化石記錄中唯一的關於緩步動物頰部裝置的數據。”

作者指出,由於它們的體積小和對棲息地的偏愛,琥珀中的緩步動物化石有很強的保存偏向。因此,琥珀礦床為尋找新的緩步動物化石提供了最可靠的來源,儘管這並不意味着找到它們是一件容易的事。在多米尼加琥珀中發現的緩步動物化石表明,其他經常取樣的地方,如緬甸和波羅的海琥珀礦床,也可能藏有緩步動物化石。歷史上,人們對琥珀中較大的內含物有偏見,因為像緩步動物這樣小的內含物很難看到,需要極好的觀察能力,以及一些專業知識。

“科學家們知道遲鈍動物在生命樹中的大致位置,它們與節肢動物有關,而且它們在寒武紀大爆炸期間有很深的起源。問題是,我們有這個極其孤獨的系統,只有三個命名的化石。”Ortega-Hernández說:“這個門類的大多數化石是在琥珀中發現的,但是由於它們很小,即使它們被保存下來,也可能真的很難看到它們。”

Mapalo同意說:“如果你看一下緩步動物的外部形態,你可能會認為緩步動物的身體內沒有發生任何變化。然而,使用激光共聚焦顯微鏡來觀察內部形態,我們看到了在程度物種中沒有觀察到的特徵,但在化石中卻觀察到了。這有助於我們了解在幾百萬年的時間裡身體發生了哪些變化。此外,這表明,即使緩步動物在外部可能是相同的,但內部也在發生一些變化。”

Mapalo和Ortega-Hernández繼續採用共焦激光顯微鏡技術來研究琥珀中的其他緩步動物,希望能擴大緩步動物化石記錄。