三叶虫应对环境变化的指南

科学家们已经弄清楚了一种不寻常的三叶虫物种——蜘蛛和龙虾的一种古老的海生近亲——如何能够防御捕食者，并在地球氧气水平波动时在颠簸的旅程中生存下来。

从大约 5.2 亿年前的寒武纪开始，近 3 亿年来，海洋中都充满了三叶虫。它们在地球上存在的时间比恐龙长得多，它们在两次大规模灭绝事件中幸存下来，并主导了海底生态系统。

它们的装甲身体分为三部分：头部、胸部或中间部分以及刚性的尾部。已知的三叶虫种类超过 20,000 种，成熟后，大多数三叶虫的中部都有特定数量的节片。然而，在Aulacopleura koninckii中，科学家发现了一些不寻常的东西。

尽管每个早期生长阶段的大小和形状几乎没有变化，但成熟的Aulacopleura已发育出 18 至 22 个中段。

“我和我的合作者认为这个物种很奇怪。我们无法理解为什么Aulacopleura 的身体各不相同，而同时生活的其他动物的数量却是恒定的，”加州大学河滨分校古生物学家、关于这种三叶虫的一项新研究的通讯作者奈杰尔·休斯 (Nigel Hughes) 说。

休斯说：“看到三叶虫的胸部节段数量不同，就像看到人类出生时背部的椎骨数量不同一样。”

研究人员对这种异常现象、它如何影响动物的自我保护能力以及为什么会以这种方式发展提出了疑问。这些问题在《英国皇家学会学报 B：生物科学》上发表的一项新研究中得到了解答。

就像现代的药虫或“rollie pollies”一样，三叶虫卷曲成球状，以保护自己免受大型乌贼类生物、鱼类和其他捕食者的侵害。当卷起来时，它们可以将尾巴整齐地塞在头下，因此软组织受到坚硬的外部骨骼的保护。就Aulacopleura而言，3D 建模表明，卷起过程中的保护仅限于中间少于 18 个节段的较小、未成熟的形式。

休斯说：“随着节段数量的增加，身体比例不允许它们将臀部整齐地塞在头下并仍然受到完全屏蔽。” “那么，为什么这个物种总是不断地增加身体节段，它又是如何在可恶的掠食者面前生存下来的呢?”

根据他们的虚拟重建，当拥有大量中节的 Aulacopleura感到受到威胁时，它们很可能会像它们的亲戚一样卷起来，只是让尾巴伸出头部，从而最大限度地减少暴露的间隙。

休斯说：“其他可能的防御演习会在两侧留下缺口，暴露关键器官——这种可能性极小。”

至于为什么这种三叶虫的中段数量不同的问题，研究人员转向了他们早期的工作。“这些部分下面是什么?腿充当鳃!” 休斯说道。“节段越多，呼吸的表面积就越大。”

增加额外的呼吸装置可能使这些动物能够忍受当地海底氧气水平的下降，从而排除了其他物种，例如捕食较大的Aulacopleura 的物种。部分海底缺氧，迫使捕食者撤退到氧气充足的地方。但体型较大的Aulacopleura拥有额外的鳃，可以原地不动，不受捕食者的侵害。

了解这个物种如何适应生物和物理压力可以让研究人员更好地了解生存策略是如何演变的。三叶虫的发育方式提供了现代节肢动物主要类群(包括昆虫和蜘蛛纲动物)的共同祖先最初如何进化的线索。

“研究这些动物的原因之一是研究发育本身是如何进化的，”休斯说。“与其说温柔的人会继承地球，不如说灵活的人会继承地球。”