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被發現60多年了 “塔利怪物”的真實身份仍成謎

2020-07-31 00:00 來源:科技日報 本報記者 趙漢斌

  對史前生物“塔利怪物”的樣貌重建圖片來源:物理學家組織網

  1958年,美國業余化石收藏家弗朗西斯·塔利發現了奇怪的史前生物化石,隨后關于這種生物的1200多個化石被陸續發現。但幾十年來,這個長相怪異的生物到底屬于哪種動物門類,仍然讓科學家們傷透腦筋。

  僅存于數千萬乃至數億年前化石中的古生物,往往與現生生物有很大的不同,但根據生物演化的脈絡和不斷創新的研究方法,科學家們往往從中能找到古今之間的關聯。可是,有一種因長期無脈可循而被稱作“塔利怪物”的古生物,卻困擾了學界數十年之久。

  近日,發表在《科學進展》雜志上的一項新研究,概述了一種尋找長期以來被認為在石化過程中丟失的生物信號的新方法。美國耶魯大學的科學家通過分析113種動物化石的分子組成,獲得可用來揭示動物之間關系的系統發育信號。科學家們認為,新的研究方法有助于證明,“塔利怪物”可能是一種非比尋常的脊椎動物。

  有說是軟體動物,有說是脊椎動物

  1958年,美國業余化石收藏家弗朗西斯·塔利在美國伊利諾伊州中部的馬榮溪化石層中,首次發現了一種奇特的化石。據推測,它生活在距今3億年前的近海水域。死亡或其他意外原因將其掩埋在淤泥里,并最終被包裹在后來形成的堅硬巖石中。隨后,古生物學家在該州格蘭迪縣的梅遜克里克,又陸續發掘出了數千塊這樣的化石。

  但自發現第一塊這種化石以來,古生物學家們就對它的身份困惑不已。因無法確定這種動物更接近魷魚等軟體動物,還是魚的近親,科學家最后以發現者的名字,將其命名為“塔利怪物”。

  這種怪物似乎有眾多生物的特征,頭頂上長著一根堅硬的長柄,兩端各有一只眼睛;在長長的吻部末端,長有很多鋒利的牙齒。根據這些特征勾勒出的復原圖,人們還看到它的體型非常小,最長不足30厘米。科學家推測它和很多海洋生物一樣,或許是以淤泥中的蟲子作為食物,并可能以巖石的縫隙作為棲身場所。

  基于“塔利怪物”上半身細長、下半身異常肥大的奇葩造型,有人又覺得它有點像蛇類和魷魚的結合體。還有觀點認為,“塔利怪物”可能是蝸牛的祖先,但顯然沒有多少人認可,因為“塔利怪物”并沒有蝸牛一樣的殼。

  這個怪物的感官系統也比較奇特,它的眼睛長在兩邊,看起來更像是蝸牛一樣,而且從現有的系統中找不到絲毫生物進化的痕跡,因此竟有人說它或許是外星人遺留在地球的產物——這近乎無稽之談,但也足可見“塔利怪物”之怪。

  2020年5月,來自英國曼徹斯特大學的羅伯特·桑森在一篇文章中提到,“塔利怪物”在任何一個動物群體中都是一個特別的存在,如果它是軟體動物,那它就是奇怪的軟體動物;如果它是脊椎動物,那它就是奇怪的脊椎動物。

  揭秘行動在深入,爭論依然不絕于耳

  60多年來,幾代研究者對1200多個“塔利怪物”化石進行分析,似乎已越來越接近揭開這種怪物真實身份的時刻。2016年3月,《自然》雜志發表的論文稱,“塔利怪物”實際上是一種魚類,是現代七鰓鰻的祖先。

  這個研究團隊利用強大的同步元素繪圖等新型分析技術,通過繪制化石的化學性質來展現其物理特征。他們發現,“塔利怪物”具有一根較為原始的脊索,并且有鰓的結構,此前鰓的結構沒被鑒定出來。

  研究共同作者、耶魯大學自然歷史博物館無脊椎古生物館主管德雷克·布里格斯說:“這些化石很難解讀,而且又相當多樣。有人認為它們可能是某種奇特的、會游泳的軟體動物。我們決定把所有可能的分析技術都用上。”

  耶魯大學的研究者們宣稱,距今大約3億年前,這種外形奇特的動物在伊利諾伊州的近海水域里游弋,很可能是一種掠食性脊椎動物,并且與七鰓鰻關系較近。

  但頂級雜志的論文并沒能一錘定音。隨后就有學者認為,它壓根兒不是魚,甚至連脊椎動物都算不上。

  2017年2月,來自美國賓夕法尼亞大學地球與環境科學系的勞倫·薩蘭和英國牛津大學地球科學系的薩姆·吉爾斯等研究者,在《古生物學》期刊上發出另一篇論文,否定了“塔利怪物”是脊椎動物的說法。

  他們發現,被描述為支持“塔利怪物”是脊椎動物的結構,面臨著生物學特征、生物趨同與發聲學方面的重大挑戰,“塔利怪物”埋藏過程等諸多問題還可能誤導了此前的研究,例如“塔利怪物”缺少如耳囊、體色素等突變體,因此研究結論不符合目前對脊椎動物記錄的理解。

  “‘塔利怪物’的化石中,曾經被認為是脊椎的白線越過了眼睛的位置,顯然不符合其他脊椎動物的特征。”勞倫·薩蘭說。

  此外,他們還認為,脊椎動物的系統發育定位,只能通過有限外群的脊索動物數據集和選擇性特征應用來實現。長期以來,研究者爭論過的如異腹足目軟體動物、異腳類節肢動物或其他非脊椎動物,這些譜系中,許多動物曾獨立進化出類似脊椎動物的特征,包括復雜的眼睛和“牙齒”。因此,他們認為,考慮到全部證據,“塔利怪物”應被排除在脊椎動物源頭之外。

  不過,更多的學者不愿參與這種無休止的爭論,眼下也依然有更多的問題等待解答,如為何世界其他地方還沒有發現過“塔利怪物”的化石,它們何時第一次出現在地球上。

  用生物信號,從化石中挖掘新數據

  就在上述《自然》雜志關于“塔利怪物”是脊椎動物和現代七鰓鰻祖先的論斷發出4年之后,布里格斯等人果然窮盡技術手段,與“怪物”死磕到底。

  日前,他和耶魯大學的同事在《科學進展》發表的新研究中表示,通過追蹤長期以來被認為在化石過程中會丟失的生物信號,他們找到了新穎的方法,可對5.41億年前化石的歷史信息進行追溯。用這種新方法,他們已經獲得有關包裹第一個恐龍蛋的軟殼的有價值信息,同時也將為證實“塔利怪物”是脊椎動物提供了線索。

  “蛋白質、脂類和糖決定了動物的形態和功能。然而,生物信號在化石有機質中的保存卻鮮為人知。”布里格斯等人表示,他們利用高分辨率原位拉曼光譜,分析了113個顯生宙后生動物化石和沉積物的分子組成。

  由于蛋白質、脂類和糖類在石化過程中,通過脂肪氧化和糖氧化聚合形成內源性的雜環聚合物,這些物質不溶于水,基本上不易被微生物分解,化學性質穩定。“這種石化物質保留了遠古生物系統發育信息,還可從中捕獲更高級的后生動物關系。分子信號可以在很久遠的時間內存活,這為重建動物進化史提供了有力的工具。”布里格斯表示。

  該研究的第一作者、耶魯大學地球與行星科學系研究生賈斯米娜·威曼利用這種非破壞性化學分析技術,來確定這些聚合物中是否存在可識別的生化特征。

  研究發現,生物分子信號不僅揭示了動物化石的成巖歷史,而且通過比較,還能揭示動物化石的結構性質和親緣關系。“我們發現,化石有機物是基于原始生物分子的化學降解產物而構成的自然混合體。這些分子中的碳質殘留物幾乎總是在化石中保留了微觀線索。”威曼說。

  到目前為止,威曼和布里格斯等人已發現了3種主要的系統發育信號:有助于確定早期恐龍蛋殼的柔軟特性的生物礦化信號;區分昆蟲表皮和脊椎動物軟骨的組織信號,可用于識別“塔利怪物”的身份;基于氨基酸化石產物的系統發育信號,可揭示動物物種之間的關系。

  威曼等人并未用足夠多的篇幅細說“塔利怪物”,但表示了解化石中的生物特征有可能從根本上推進有關地球生命進化的科學知識。威曼說:“有了這種方法,我們可以在許多不同的研究方向上前進,用以前認為化石無法企及的答案來解析動物進化的重大問題。”

  與漫長的地球演化史相比,其實人類的歷史太短太短。到目前為止,還有很多事物是人類未知的。或許在未來能夠發現越來越多的史前生物,一步步揭開“塔利怪物”的神秘面紗。

(責任編輯:王蔚)

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