在5月6日發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究中，哈佛大學(xué)有機(jī)體和進(jìn)化生物學(xué)系的博士生Sarah R. Losso和Javier Ortega-Hernández教授揭示了來(lái)自寒武紀(jì)中期化石Olenoides serratus的三葉蟲(chóng)的交配行為。

三葉蟲(chóng)是一組5.2-2.5億年前的節(jié)肢動(dòng)物，可能接近兩個(gè)主要節(jié)肢動(dòng)物群的分支點(diǎn)，即螯足類(lèi)（馬蹄蟹、蜘蛛和蝎子）和多足類(lèi)（蜈蚣、螃蟹和昆蟲(chóng)）。它們?cè)诠派涗浿姓贾鲗?dǎo)地位，在各大洲都有發(fā)現(xiàn)，并有超過(guò)2萬(wàn)個(gè)描述的物種。它們因其富含方解石的耐用外骨骼的三葉外觀而得名，這種外骨骼容易保存，并產(chǎn)生了很好的化石記錄。三葉蟲(chóng)的形態(tài)已被廣泛研究，但對(duì)三葉蟲(chóng)的繁殖卻知之甚少。罕見(jiàn)的例子包括那些在可能是雌性標(biāo)本的頭部下方發(fā)現(xiàn)的未受精卵，以及在寒武紀(jì)時(shí)期沉積在沉積物中的受精卵群。研究人員假設(shè)，大群的三葉蟲(chóng)化石在一起可能代表了大規(guī)模的蛻皮和交配事件，類(lèi)似于那些在活的海洋物種中觀察到的，如大西洋鱟Limulus polyphemus。然而，三葉蟲(chóng)的生殖行為，包括其交配和受精，實(shí)際上仍然是未知的。

Losso正在對(duì)Olenoides的形態(tài)進(jìn)行全面的重新描述，他研究了安大略省皇家博物館、加拿大地質(zhì)調(diào)查局和史密森學(xué)會(huì)的無(wú)脊椎動(dòng)物古生物學(xué)收藏中的每一個(gè)Olenoides serratus標(biāo)本并對(duì)其進(jìn)行了成像。O. serratus已知來(lái)自北美的幾個(gè)地點(diǎn)，但所有保存有附肢的標(biāo)本都是從加拿大不列顛哥倫比亞省的伯吉斯頁(yè)巖收集的。與外骨骼不同，附肢（觸角、腿和鰓）不經(jīng)常被保存，因?yàn)樗鼈儧](méi)有用方解石加固。附肢的保存需要在埋藏時(shí)有獨(dú)特的條件，而這些條件在伯吉斯頁(yè)巖和其他具有特殊化石保存的稀有地點(diǎn)都存在。在檢查安大略省皇家博物館收藏的伯吉斯頁(yè)巖的一個(gè)保存完好的化石時(shí)，Losso在身體中部發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于成年雄性馬蹄蟹的特殊修飾的抱握器附肢，這表明有類(lèi)似的交配策略。

Losso檢查了迄今為止已知的65件保存有附肢的標(biāo)本。23個(gè)標(biāo)本的腿被保存在身體的正確部位，在那里發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似抱握器的附肢；然而，由于其完整的外骨骼，即使存在抱握器附肢也不會(huì)被看到，因?yàn)槠涑叽缈s小。四個(gè)標(biāo)本提供了第10和第11對(duì)附肢的清晰視圖，但只有一個(gè)O. serratus的標(biāo)本顯示其附肢被修飾成抱握器。其他三個(gè)標(biāo)本有可見(jiàn)的附肢對(duì)，有一個(gè)更傳統(tǒng)的腿狀外觀。

盡管帶抱握器的O. serratus標(biāo)本缺少一半的外骨骼，但這對(duì)研究者來(lái)說(shuō)是有利的。Losso說(shuō)：“這個(gè)標(biāo)本確實(shí)很獨(dú)特，它保存得很好，足以顯示出被改造成抱握器的附肢的特殊細(xì)節(jié)，但又被打破了，所以我們實(shí)際上可以看到這些縮小的四肢，否則它們會(huì)被背側(cè)的外骨骼所覆蓋。具有諷刺意味的是，如果這個(gè)標(biāo)本保存得更好，有完整的背外骨骼，我們就不會(huì)有像現(xiàn)在這樣多的關(guān)于其四肢的信息。”

Losso對(duì)縮小的附肢的各個(gè)部分進(jìn)行了幾次測(cè)量，并將它們與同一標(biāo)本身體中的附肢以及在同一位置的不同Olenoides中已知的附肢進(jìn)行比較。這表明，較小的附肢具有獨(dú)特的形態(tài)，只在這個(gè)標(biāo)本中才知道。然后，Losso研究了其他活體節(jié)肢動(dòng)物的特殊附肢以進(jìn)行比較，并了解這些附肢可以用來(lái)做什么。

有數(shù)以千計(jì)的三葉蟲(chóng)物種，它們有2億年的歷史。但如果沒(méi)有一個(gè)近距離的活體親屬，就很難知道生殖行為。鱟雖然與三葉蟲(chóng)沒(méi)有密切的關(guān)系，但經(jīng)常被用作現(xiàn)代的類(lèi)似物，因?yàn)樗鼈冊(cè)诒砻嫔峡雌饋?lái)像三葉蟲(chóng)，使之成為有用的比較。馬蹄蟹，像Limulus一樣，是海洋節(jié)肢動(dòng)物，以在特拉華州和科德角海岸的大規(guī)模產(chǎn)卵活動(dòng)而聞名。

抱握器是雄性節(jié)肢動(dòng)物中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的特殊鉤狀附屬物。在交配過(guò)程中，雄性用抱握器抓緊雌性。不同的類(lèi)群根據(jù)該類(lèi)群確切的交配方式，在身體的不同部位趨同地進(jìn)化出這種附肢。鰓足類(lèi)動(dòng)物和馬蹄蟹都進(jìn)化出了抱握器，但根據(jù)雌性外骨骼的不同，它們的功能也不同。

Losso說(shuō)：“我們知道這不可能是為了咀嚼，因?yàn)檫@些附屬物不在頭部或嘴附近，它們?cè)谏眢w的中間。這顯示了三葉蟲(chóng)的性二型性，但在這種情況下，它只表達(dá)在附肢上。這告訴我們更多關(guān)于三葉蟲(chóng)的繁殖以及它們會(huì)如何交配，這在以前是很難理解的，而且是基于現(xiàn)代類(lèi)比的非常推測(cè)。”

“很少有化石直接告知生殖生態(tài)學(xué)和行為的案例，特別是在這么古老的化石中。在這種情況下，因?yàn)橛幸粋€(gè)非常特別地適應(yīng)這種功能的結(jié)構(gòu)，所以有可能進(jìn)行這種特別的論證，更特別的是三葉蟲(chóng)，”O(jiān)rtega-Hernández說(shuō)。“這確實(shí)是第一次有可能顯示出這些肢體為這種功能進(jìn)行了如此嚴(yán)重的改造。而且它提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，表明在寒武紀(jì)已經(jīng)有了Limulus，或類(lèi)似鱟的行為，完全是通過(guò)融合而存在。因此，它真的幫助我們了解到這些動(dòng)物在數(shù)百萬(wàn)年前究竟是如何生活的。”