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发现原始“超眼”

发布时间:2021-10-01 13:00:59

一个国际研究团队在泥盆纪(3.9亿年前)的法科皮纳亚目三叶虫中发现了一种在动物王国中独一无二的眼睛系统:一只超小面眼的大约200个晶状体中的每一个都跨越了一组六个正常的复眼小面,形成了一只复眼本身。科隆大学的动物生物学研究所的动物学家Brigitte Schoenemann博士领导的研究人员,除了超面部的眼睛外,还发现了一个结构,他们认为这是一个直接从这个特殊的眼睛处理信息的局部神经网络。还有一条将信息从眼睛传送到大脑的视神经。这篇文章“泥盆纪phacopid三叶虫中一只3.9亿年前的超复眼”,已经在科学报告中发表。

三叶虫是节肢动物,曾经生活在世界海洋中,大约在2.51亿年前灭绝。这一发现是在Schoenemann和她的同事检查放射科医生和业余古生物学家Wilhelm Stürmer在20世纪70年代拍摄的X射线图像时发现的。Stürmer已经相信三叶虫眼睛下的细丝是神经,或者说是一个导光系统。Schoenemann还发现Stürmer在图像上标记了六个亚面。然而,当时的科学家并不相信他的解释。然而,现在,对图像的重新检查和现代计算机断层扫描的验证成功地证实了他的猜测。

大多数三叶虫都有复眼,类似于今天仍然在昆虫中发现的复眼:眼睛由大量六边形面构成。通常每个小面下有八个光感受器。与由单个像素构建的计算机屏幕图像相比,图像是由各个面构建的。在蜻蜓中,有多达一万个个体面。为了产生一个连贯的图像,各个面必须非常紧密,并由神经元连接。

然而,在三叶虫Phacopinae亚目中,复眼的外部可见晶状体要大得多,直径可达1毫米甚至更大。此外,它们相距较远。直到现在,科学家们还无法解释这一点,因为空间被浪费在可以捕捉光线的地方。由于晶状体下有一个小杯子,他们假设在囊的底部有一个与人类相当的小视网膜。

Schoenemann博士对Wilhelm Stürmer 40年的X光档案的分析现在表明了一种不同的解释:超复眼。每只眼镜都有两只眼睛,一只在左边,一只在右边。Schoenemann说:“每只眼睛由大约200个1毫米大小的镜片组成。”。“在每一个透镜下面,依次设置了至少6个小面,每个小面又一起构成了一个小复眼。因此,我们在一只眼睛中有大约200只复眼(每个透镜下面各一只)。”这些小面布置在一个环或两个环中。“下面是一个泡沫状的巢穴,可能是一个处理信号的小型神经网络,”这位动物学家补充道。Stürmer发现的细丝实际上是从眼睛到三叶虫大脑的神经。现代计算机断层扫描的进一步检查证实了这些结构。

威廉·斯图默(Wilhelm Stürmer)是西门子X光部门的负责人,也是一位热心的古生物学家。他驾驶一辆大众汽车作为X光站,从一个采石场开到另一个采石场,再到X光化石。除此之外,他还发现了动物眼睛下的细丝结构,他认为这些结构是软组织的化石,尤其是视神经。Schoenemann解释说:“当时的共识是,化石中只能看到骨骼和牙齿,即生物的坚硬部分,而不能看到肠或神经等柔软部分。”。Stürmer的继承人将他的档案交给了动物学家。但这位业余爱好的古生物学家不仅正确识别了视神经,她还指出:“在X射线底片上,有一个红色钢笔箭头指向主透镜下六个下切面的结构。这可能表明Stürmer已经识别出了超复眼。”然而,当时,科学家们认为神经并没有石化,自然光学系统中也不存在光导。直到20世纪80年代,在深海螃蟹的复眼中才发现光纤。

Schoenemann认为,三叶虫的“超眼”可能是进化过程中对弱光条件下生活的一种适应。由于其高度复杂的视觉装置,它可能比正常的三叶虫眼睛对光线更加敏感。这位生物学家说:“也有可能是眼睛的各个组成部分发挥了不同的功能,例如增强对比度或感知不同的颜色。”。到目前为止,这种眼睛只在三叶虫亚目Phacopinae中发现:“这在动物界是独一无二的,”她总结道。在进化过程中,这种眼睛系统并没有延续下去,因为法科亚目的三叶虫在3.6亿年前的泥盆纪末期灭绝了。

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