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琥珀里没有长颈鹿,但有真虾哦!

2019/11/18 10:23:20
来源:中科院之声



琥珀是一种树脂化石。在中国古代,琥珀曾被称作虎魄、育沛、兽魄、顿牟、江珠、遗玉等,有着“虎死精魄入地化为石”的传说。传说虽缺乏科学性,但却蕴含着中国古人对琥珀的揣测和追寻。

相对于琥珀的历史,其在生物科学发展中扮演的角色或许更令我们惊讶。

一块包裹着2280万年前的世界首枚水生虾的琥珀于11月9日在北京首次亮相。中国科学家团队宣布,这是世界范围内首次在琥珀中发现水生生物真虾类标本,并揭示了一个前所未知的物种。相关论文10月底发表于自然集团旗下的《科学报道》上。

据了解,组成琥珀的树脂是松柏科、豆科等植物为了保护自己不受病虫害而分泌的液体物质。不过或许任何一滴树脂都不曾想到自己能在流淌过程中包裹到其它生物体,并在经过千万年的复杂地质作用后能够成就一段佳话。琥珀中的精灵们将它们或雄壮或曼妙的身姿以3D形式展现在大家面前,并向我们诉说着遥远而又神秘的故事。

图1。 琥珀虾复原图图1。 琥珀虾复原图

这枚“琥珀虾”来自中美洲的墨西哥地区,也是世界上现存已知的唯一一枚真虾类琥珀化石。国家珠宝玉石质量监督检验中心(简称NGTC)也对此枚琥珀进行了宝石学常规测试和红外光谱测试,显示是未经人工处理的天然墨西哥琥珀,其中的水生生物虾类包体完整自然,实属罕见。

陆生生物在琥珀中的出现也许大家已经司空见惯,但水生生物保存于琥珀中的概率可能是几亿分之一。这是因为树脂在水中无法包裹生物体。我们发现的这只小虾来自中美洲的墨西哥,琥珀产区位于墨西哥东南部恰帕斯州Simojovel地区,在琥珀形成时期(中新世早期,约2280万年前)处于墨西哥湾沿岸(图2)。这为我们了解2200万年前的墨西哥海湾的生态系统和生物多样性提供了宝贵证据。

图2。 早中新世墨西哥东南部古地理地图,星号标注了位于墨西哥恰帕斯的Campo La Granja矿的大致位置(引自http://cpgeosystems.com/paleomaps.html)
图2。 早中新世墨西哥东南部古地理地图,星号标注了位于墨西哥恰帕斯的Campo La Granja矿的大致位置(引自http://cpgeosystems.com/paleomaps.html)

几亿分之一的概率是如何让科学家撞上的?如果说琥珀虾的发现带有偶然性,那发现的必然正是科学家的探究精神。2018年,陈睿博士带领团队对一批墨西哥琥珀原石进行打磨,一块心形的、重上百克的琥珀让他眼前一亮。“肯定有戏”——大、珀体通透。可当陈睿博士拿着强光手电初步观察时,琥珀内似乎没有明显可见的昆虫。陈睿心里不免遗憾,准备把它放到矿石堆,就在琥珀离手的一瞬间,他突然注意到手触碰到的边缘,有类似“小虫子”的形态。它看起来似乎又不像虫子,带着科学家的敏感和兴奋,陈睿博士马上把琥珀拿到显微镜下仔细观察。眼前的一幕让人难以相信,“小虫子”竟然是一枚小虾。

通过仔细观察研究发现,琥珀虾属于长臂虾科物种,以前两对步足有螯著称,我们平日里常见的沼虾就隶属于这个科(图3)。

图3。 罗氏沼虾图3。 罗氏沼虾

确定了虾的品种之后,研究团队继续推进研究深度。他们发现琥珀虾与分布于海相砂质泥滩、河口和淡水中的墨西哥现生长臂虾属物种相似,头胸甲上均具鳃甲沟和鳃甲刺,这显著区别于之前发现的沉积于滨海泻湖的三枚长臂虾属化石物种。

此次发现的这只长臂虾生活在中新世早期的墨西哥红树林河口环境中,很有可能是在演化过程中出现的新的过渡物种。而鳃甲沟和鳃甲刺可能是随着长臂虾海洋祖先从海洋向淡水的不断入侵逐渐出现。研究团队最终为琥珀虾定制了专属的身份识别码(真虾下目:长臂虾科:长臂虾亚科:长臂虾属:河口长臂虾)。这也表明,至少在2200万年前,长臂虾属物种的分布和生态多样性可能已经远远超过我们的预期。

图4。 显微镜下的琥珀虾。a。 头胸部侧面观,b。 全身照。图4。 显微镜下的琥珀虾。a。 头胸部侧面观,b。 全身照。

通过对这块琥珀内包裹物的更细致的观察,还发现琥珀标本中最有趣的地方在于,它同时包含了一只虾、一片残叶和一只甲虫幼虫(图5)。

 图5。 琥珀正面照。Sh,虾;Bl,甲虫幼虫;Rl,残叶图5。 琥珀正面照。Sh,虾;Bl,甲虫幼虫;Rl,残叶

研究团队重建了它的形成过程并绘制了琥珀形成的场景复原图(图6)。

让我们试着回到2280多万年前的墨西哥湾。那是在墨西哥东南部,正逢雨季,天气炎热潮湿。

一种可能是琥珀虾生活在红树林河口环境中,随着水位的急剧上升,潮汐带着它和一只年幼的甲虫冲向了滩涂和更远的陆地。最终,它们被冲到了一个被孪叶豆属植物环绕的池塘边,在充满艰难险阻的长途跋涉中,琥珀虾失去了第二对步足,它的运动能力明显下降或者已经死亡。由于琥珀树树脂的流量大,并且持续流动,以至于它们被包裹在树脂中。

另一种可能的解释是附着在琥珀树上的甲虫幼虫被流动的树脂包裹,树脂继续流动同时捕获了由潮汐带来的虾。随后,树脂继续堆积并流入水中。雨季过后,池塘水位逐渐下降,最终干涸,树脂完全固化干燥。

此外,琥珀虾还有可能已经适应淡水生活,由于池塘干涸造成虾的暴露,从而导致被树脂包裹。经过数千万年的地质作用,我们终于在一片琥珀中发现了它们。琥珀虾的发现支持了之前对墨西哥琥珀沉积环境的解释,即这是一个受潮汐、河流和小溪影响的沿海洪泛平原,形成了由咸水、淡水和陆生节肢动物组成的混合生物群落。

图6。 虾琥珀场景复原图图6。 虾琥珀场景复原图

琥珀虾的发现是人类首次在琥珀中找到真虾,丰富了琥珀内含物的维度,弥补了琥珀中有蟹无虾的空白,说明早期真虾的物种多样性和分布范围也许远远超过我们目前的认知。同时该枚琥珀虾也是世界上发现的最古老的头胸甲上具有鳃甲沟和鳃甲刺的真虾,对真虾类物种的适应性演化具有重要研究价值,并为水生生物从海洋环境向淡水环境过渡提供了珍贵的线索。



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