標本幫助我們進一步了解緩步動物如何演化出隱生能力,這是一種幾乎完全關閉身體機能的暫時狀態。
現代緩步動物(圖為小斑熊蟲〔Milnesium sp.〕)以生存技能而聞名,但這類動物很少出現在化石紀錄中。Micrograph By Ruben Duro / SCIENCE PHOTO LIBRARY
緩步動物(tardigrade)擅長生存。超過5億年來,微小的「水熊蟲」(water bear)已分布到世界各地,而且能在某些最嚴酷的環境中持續生存。如今有一項新研究針對一塊白堊紀琥珀中的古老緩步動物進行分析,不僅釐清緩步動物的演化時間軸,也暗示這種微小動物如何在導致其他生命形式滅絕的災難中倖存下來。
在8300萬年至7200萬年前的史前加拿大,這些微小動物被困進樹脂,那時體型龐大的暴龍科和角龍科仍主宰當地的松柏森林。其中一隻緩步動物是古生物學家先前曾見過的物種。這隻緩步動物稱為Beorn leggi,是古生物學家發現的第一件緩步動物化石。不過,哈佛大學古生物學家馬克.馬帕洛(Marc Mapalo)及同事也發現另一個先前從未見過的物種Aerobius dactylus。研究人員為這個新物種命名,利用牠和科學界已知的其他幾個古老物種來分析緩步動物的演化史,並在本月稍早於《通訊生物學》(Communications Biology)發表結果。
這隻古老的緩步動物Beorn leggi保存在化石化樹脂內,是科學家發現的第一件緩步動物化石。Photograph By Marc Mapalo
這兩隻緩步動物在如今變成琥珀的古老樹脂內化石化,數十年來一直無法清楚觀察。古生物學家在1964年首次描述這件加拿大標本時,只能勉強辨認出B. leggi化石。現在歸功於造影技術的進步,馬帕洛和同事終於能夠更仔細觀察這件化石。
紐澤西理工學院的生物學家菲爾.巴登(Phil Barden)並未參與這項新研究,他說:「過去60年來,許多對緩步動物有興趣的人一直在研究這些化石,但能收集到的資訊並不多,因為這些緩步動物非常小,而且稍微被琥珀遮住了。」他指出,這些動物實在很小,牠們腳上的小爪大約是一根人類頭髮寬度的十分之一。
只有琥珀能保留緩步動物的這麼多細節。不過,緩步動物化石之所以罕見,不只是因為牠們體型很小。馬帕洛說,研究化石緩步動物的古生物學家並不多。他也表示,有些同事聽說有人知道化石緩步動物時感到很驚訝。現代造影技術能幫助專家從先前收集的琥珀標本中挖掘新資訊。
進一步觀察
馬帕洛和共同作者採用一種稱為共焦螢光顯微鏡(confocal fluorescence microscopy)的技術,建立這種微小動物的高解析度影像。這群專家發現,這件琥珀標本裡的兩種化石緩步動物如今已不存在,但牠們都屬於目前仍存活的緩步動物科。馬帕洛和同事將加拿大的化石和其他兩件在紐澤西州發現的化石與現存物種的分子資料進行比較,因而能夠估計緩步動物何時演化,以及牠們何時獲得最令人驚嘆的能力之一。
許多緩步動物都具有隱生(cryptobiosis)能力,這是一種幾乎完全減緩身體機能的暫時狀態。在這種假死狀態下,緩步動物會排掉體內水分並捲成球狀。緩步動物不僅攜帶可保護DNA不受損的蛋白質,也能夠關閉身體機能並等待更適合的環境,這兩種特徵幫助牠們在極端環境中生存(甚至是太空),也可以幫助牠們承受未來的浩劫。
馬帕洛和同事認為,至少有兩個主要的緩步動物群獨立演化出隱生能力,一群在4億3000萬年至1億7500萬年之間獲得隱生能力,另一群則在3億8200萬年至1億7500萬年之間獲得。如果有更多化石,就能協助判定更確切的時間,但研究人員表示,這段史前時期非常重要,因為期間發生過幾次大滅絕。緩步動物能夠進入靜滯狀態直到環境恢復,因此可以在這些全球災難造成的氧氣減少、氣候變化和其他壓力之下成功生存。
馬帕洛說:「確認緩步動物演化出隱生能力的時間點,能幫助我們了解牠們如何及為何獲得這套機制的背景情境。」他指出,緩步動物可能是在分布到陸地上之前就在海洋中演化出隱生能力。緩步動物從海洋領域遷移至遍布苔蘚和地衣(仰賴淡水生存)的棲地時,隱生能力可能幫助牠們適應鹽度變化。
隱生在水熊蟲的生存和演化史上到底發揮什麼作用?這個問題將需要更多研究才能確認答案。巴登說:「將隱生想像成緩步動物為了避免滅絕而採用的魔術,是很有趣的想法。」但他指出,其他無脊椎動物群體可以在沒有這種能力的情況下,從災難中成功倖存。
如果有更多化石緩步動物,就能協助驗證「隱生幫助緩步動物從大滅絕中倖存」這項假設,而且我們幾乎可以確定,有更多新物種等著我們發現。馬帕洛說:「每當我有機會時,都會請研究琥珀的人檢查他們的標本裡面有沒有緩步動物。」巴登也有同樣想法。「我幾乎可以確定,博物館藏品中有其他化石緩步動物等著我們發現。」他說:「或許在琥珀中相對龐大的蒼蠅或甲蟲身旁,就有一起被埋葬的緩步動物。」
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