一项新的研究发现了4.5亿年前的海洋生物中复杂的呼吸器官的第一个证据。与先前的想法相反，三叶虫是腿部呼吸器，其结构类似于鳃垂悬在大腿上。
三叶虫是一组海洋动物，其头部类似半月形，类似于马蹄铁。在进化方面，它们取得了巨大的成功。尽管它们现已灭绝，但它们在地球上存活了超过2.5亿年-比恐龙还要长。
得益于新技术和极其罕见的化石，加州大学河滨分校的科学家现在可以证明三叶虫呼吸氧气，并解释了它们是如何呼吸的。这些发现发表在《科学进展》杂志上，有助于解决早期动物进化的难题。
负责这项研究的加州大学河滨分校（UCR）古生物学博士生侯金波（Jin-Bo Hou）说：“到目前为止，科学家们已经将三叶虫腿的上肢与甲壳类动物的非呼吸上肢进行了比较，但是我们的论文首次显示了三叶虫上肢起着类似鳃的作用。”
在地球上最古老的动物中，这项工作有助于将三叶虫在进化树中更安全地归类于古节肢动物，大量带有骨骼骨骼的动物和甲壳类动物之间。
这项研究之所以能够进行，部分原因是由于非同寻常的化石标本的保存。已经发现了超过22,000种三叶虫物种，但是仅在大约两打中就可以看到动物的软体部位。
加州大学河滨分校（UCR）地质学教授和论文的合著者奈杰尔·休斯（Nigel Hughes）表示：“这些被保存在黄铁矿中（傻瓜的黄金），但对我们而言，这比黄金更重要，因为这是理解这些古老结构的关键。”
CT扫描仪能够读取黄铁矿与周围岩石之间密度的差异，并帮助创建这些罕见的鳃结构的三维模型。
美国自然历史博物馆研究小组成员古生物学家梅拉妮·霍普金斯说：“它使我们能够看到化石，而不必在覆盖标本的岩石上进行大量钻削和磨削工作。”
她说：“通过这种方式，我们可以获得在显微镜下甚至很难看到的视图-真正的小三叶虫解剖结构，宽度约为10至30微米。” 为了进行比较，人的头发大约是100微米厚。
尽管这些标本是在1800年代后期首次描述的，而其他标本已使用CT扫描对其进行了检查，但这是首次使用该技术对动物的这一部分进行检查的研究。
研究人员可以看到血液将如何通过这些微妙结构中的腔室过滤，并在其移动过程中沿其路径吸收氧气。它们与蟹和龙虾等现代海洋节肢动物中的鳃看起来非常相似。
将黄铁矿中的标本与另一种三叶虫物种进行比较，为研究小组提供了更多有关细丝如何相对于彼此以及相对于腿如何排列的详细信息。
大多数三叶虫利用小腿上的尖刺清理海床，捕获并磨碎猎物，。在这些部分的上方，在四肢的上肢部分是一些人认为是用来帮助游泳或挖洞的附加结构。霍普金斯说：“过去，关于这些结构的用途存在一些争论，因为大腿不是呼吸器的理想位置。” “你会认为这些细丝很容易在原处被沉积物堵塞。这是一个悬而未决的问题，为什么它们会在身体上的那个位置演化出这种结构。”
休斯实验室使用化石回答有关生命如何响应地球大气变化而产生的问题。大约5.4亿年前，生活在海洋中的动物的种类和复杂性出现了爆炸性的多样化。
休斯说：“理论上我们知道这种变化一定与氧气的增加有关，因为这些动物都需要氧气的存在。但是我们几乎没有能力测量这种氧气。” “这使得像这样的发现更加令人兴奋。”
来源：加州大学河滨分校提供。