如果你在寒武纪,要怎么才能生存下去?

如果你在寒武纪,要怎么才能生存下去?
2019年08月20日 07:00 新浪科技-自媒体综合

  来源:科学大院

  寒武纪是显生宙的第一个纪,古生代的开端。在之前的埃迪卡拉纪,早期的“原始居民”们懒洋洋地瘫在浅海沙床上晒太阳。这里没有竞争,食物充足,“大饼”、“大筒”、“大叶子”们没有口和眼,更没有头、手、脑。它们会做的就是舒展自己的身体,让每个细胞都能接触海水,获取养分。

埃迪卡拉生物,这些慵懒的家伙基本都灭绝了( 图片来源:南京古生物博物馆)埃迪卡拉生物,这些慵懒的家伙基本都灭绝了( 图片来源:南京古生物博物馆)

  一些动物在胚胎发育的时候,在内外两个胚层中,多长了一个中胚层。原本的外胚层发育成外皮,内胚层发育成消化道,多出来的中胚层,发育成骨骼、肌肉、血液……新器官的出现,让动物们逐渐掌握了复杂的运动、呼吸的能力。它们变身为捕食者,把旧时代的生物(上图中的查恩盘虫、狄更逊虫、斯普里格虫等)打得毫无还手之力。从此,竞争与生存的压力使地球生命走上了快速演化的道路。

  在寒武纪大爆发中,物种变化日新月异,分化速度非常快。在很短的时间里,生物主要门类就已演化完全。之后的5亿年,物种在目、科层级上也发展得更为多样。也就是说,这批生物在几千万年的时间里,迅速探索出数十种适合在地球生存的身体基本架构,接着,牢牢地占据了地球。

  那么,寒武纪霸主们的生存之道到底是什么呢?

  可怕的大魔王——帚状奇虾

  奇虾是寒武纪最庞大的动物,地球第一批最凶猛的巨型捕食者。

寒武纪海中最靓的仔:奇虾的复原图(图片来源:谭超)寒武纪海中最靓的仔:奇虾的复原图(图片来源:谭超)

  在我国云南发现的帚状奇虾化石,其头前那对灵活的大钳子比强钳虫、尖峰虫的大附肢还要古老。8排牙齿按长短顺序排列在锥形口内(所以也叫它射齿类),它的口就如同粉碎机一样,收缩时会把食物压碎。带柄的复眼有一万多个晶状体,比现在苍蝇的还多,因此,它的视觉敏锐。而此阶段的三叶虫,复眼只有几百个小眼,两者的图像分辨率如同小霸王与4K的区别。它身体两侧的桨状叶片可以波浪式地扇动,像船桨一样产生持续稳定的前进动力。在离身体质心较远的尾部有3对片状尾叶,使得其运动十分敏捷。看了这个外倾的尾叶,感觉现在的五代机,似乎有点山寨奇虾的意思。

奇的布局和具有超机动能力的五代机F22,J20对比。战机(图片来源:http://www.sohu.com/picture/321758257,http://dy.163.com/v2/article/detail/EHVFOSPE0515GJPB.html)奇的布局和具有超机动能力的五代机F22,J20对比。战机(图片来源:http://www.sohu.com/picture/321758257,http://dy.163.com/v2/article/detail/EHVFOSPE0515GJPB.html)

  更可怕的是这家伙可以长到差不多2米长,而寒武纪大部分动物的平均体型只有厘米级甚至毫米级,在这样的大魔王面前,生还的几率几乎为零。

奇虾复原图(图片来源:谭超)奇虾复原图(图片来源:谭超)

  数量庞大的节肢动物

  论单挑能力,无可置疑,奇虾是寒武纪最强王者。不过如果从物种总量来说,真正的霸主,却是不起眼的节肢动物。节肢类物种是寒武纪数量最多的物种,其数量远远超过了奇虾,化石物种数量占动物化石总数的37%。它们也是分布范围最广的动物,几乎占领了整个海洋。

澄江动物群各门类化石数量占比,奇虾类作为顶级捕食者,数量只占了个零头(图片来源:《云南寒武纪早期澄江动物群古群落分析》 赵方臣 朱茂炎 胡世学)澄江动物群各门类化石数量占比,奇虾类作为顶级捕食者,数量只占了个零头(图片来源:《云南寒武纪早期澄江动物群古群落分析》 赵方臣 朱茂炎 胡世学)

  类似二战中的德国虎式与苏联T-34这两种坦克,精益求精的虎式在火力和防护上完爆对手,单挑战力无敌。不过,由于造价低,工艺简单,生产快,操作和维护简便,T-34很快就形成了绝对的数量优势,把虎式淹没在装甲洪流之中。在弱肉强食的生态系统中也是这样,并不单纯比拼战斗力。

  最成功的物种,往往不是站在食物链顶端的精英。越往顶端走,总体能量越少,越不稳定。虽然没有天敌,不用担心被捕食,但是容易受到环境变化的影响。下级生态链中某一环节有波动,生存就会受到威胁。而那些最能适应坏境的群体,可以有效获取能量,抵抗威胁它们生存的因素,这些物种才是成功的物种。毕竟生命的第一要义是生存。

  虫群之心——三叶动物

  三叶动物是节肢动物中重要的一类。在5亿多年前,某一节肢动物分化为海怪虫、纳罗虫、盾盖虫、赫尔梅蒂类和三叶虫。这些动物处在食物链的中下层,捕食小动物,清理着海底的有机残渣,同时,自己也是奇虾、角石、鱼类以及其他肉食节肢动物的可口点心。

几种三叶形动物 从左至右:灰姑娘虫(海怪虫类),刺状纳罗虫(纳罗虫类),膜状谜虫(盾盖虫类),冠尾海丰虫(赫尔梅蒂类)(图片来源:谭超、赵方臣)几种三叶形动物 从左至右:灰姑娘虫(海怪虫类),刺状纳罗虫(纳罗虫类),膜状谜虫(盾盖虫类),冠尾海丰虫(赫尔梅蒂类)(图片来源:谭超、赵方臣)

  三叶虫是其中的佼佼者。从寒武纪诞生,奥陶纪的巅峰,志留纪的衰落,到二叠纪彻底凉凉,在地球上生存了2亿多年。

(图片来源:谭超)(图片来源:谭超)

  始莱德利基虫是三叶虫家族的主心骨。它们把当时生物界最“炫酷”的几个“黑科技”(外骨骼,分节附肢,以及眼睛),整合在一起,开创了“家族式身体结构”。所谓家族式身体结构,即身体分为头甲、胸甲、尾甲三部分,中轴隆起,称为轴叶,两侧为两片肋叶。头部长了一对地球上最早出现的复眼,全身被硬化外骨骼覆盖,为了防御外敌,头甲两侧和尾甲设有长刺。腹部两列是用来移动和呼吸的分节附肢。

始莱德利基虫化石(图片来源:南京古生物博物馆)始莱德利基虫化石(图片来源:南京古生物博物馆)

  这种身体结构在当时演化得十分先进,因此,该种生物没有竞争对手,便迅速形成了庞大的种群。三叶虫家族中其他成员也在此基础之上不断演化发展,随后,三叶虫占领了寒武纪海洋。

  不过,它们也有弱点。虽然外骨骼带给它们坚硬的攻防武器,但这些外壳不能随身体长大,在生长的过程中,它们会定期蜕皮。我们都知道,刚蜕皮的小龙虾柔嫩鲜美,而寒武纪时期的“捕食者们”也是这样认为的……

正在蜕皮的昆虫。包括节肢、叶足、曳鳃、线虫等,都属于蜕皮动物(图片来源:www.cd-pa.com)正在蜕皮的昆虫。包括节肢、叶足、曳鳃、线虫等,都属于蜕皮动物(图片来源:www.cd-pa.com)

  此外,三叶虫的节肢类“亲戚”——螯肢动物,有着强壮的螯肢,三叶虫没有螯肢,它的附肢也仍然是比较原始的双肢型附肢,力量差,游泳能力很弱,移动速度慢。虽然身披重甲,但仍然难逃被捕食的命运。随着时代的变迁,其他竞争者后来居上。在奥陶纪,它们面临着更大的挑战,因为它们的硬壳盔甲已经无法防御角石(一种头足类动物)的尖牙和触手。到了更晚一些的志留纪,凶猛的颌鱼类也对三叶虫的生存形成了更大的威胁,渐渐地,直到二叠纪,三叶虫全部灭绝。

(图片来源:谭超)(图片来源:谭超)

  不过,三叶虫所属的门类——节肢类动物,该类物种生命却一直在地球上延续,不断进化,翼翅鲎、节胸蜈蚣这样的巨型怪物也得以产生,使得节肢类动物重现了霸主的荣耀。

  结语

  生命的本质是生存,换句话说,就是消灭有威胁的敌人,争夺、利用有限的资源。当两个物种生态位重叠的时候,势必是一场你死我活的争斗。时至今日,人类站在了地球霸主之巅,回首看看这些淹没在历史烟尘中的物种先驱,我们更应感受到强烈的危机。

  寒武霸主——奇虾与三叶虫(图片来源:谭超)

  最后,用一张图帮大家复习刚才提到的动物类群关系:

  奇虾与三叶虫都属于蜕皮动物总门下的泛节肢类动物,三叶虫和螯肢类(蜘蛛、蝎子、鲎等)的关系还是比较近,奇虾和叶足类(微网虫、爪网虫等)比较接近(图片来源:谭超)

  感谢赵方臣、殷宗军研究员给予指导和帮助

  图片除注明外,版权归作者所有

  参考文献:

  1。 动物世界的黎明 陈均远

  2。 云南寒武纪早期澄江动物群古群落分析 赵方臣 朱茂炎 胡世学

  作者单位:中国科学院南京地质古生物研究所

  文章首发于科学大院,转载请联系cas@cnic.cn

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