生物学家通过珊瑚追查海洋生物发光的古老起源

生物学家通过珊瑚追查海洋生物发光的古老起源 生物发光生物通过化学反应产生光的能力在自然界中已经独立进化了至少94次，并参与了包括伪装、求偶、交流和狩猎在内的大量行为。到目前为止，最早的动物生物发光起源被认为是在大约 2.67 亿年前，在被称为"介形纲"的小型海洋甲壳类动物身上。但是，对于这种能发光的特性，生物发光的起源却一直很模糊。2009 年在巴哈马群岛展示生物荧光的八射珊瑚 Isidella sp.图片来源：Sönke Johnsen博物馆的珊瑚馆馆长、该研究的资深作者 Andrea Quattrini 说："没有人知道为什么动物中会首次出现这种进化。"但是，对于夸特里尼和主要作者、博物馆研究助理、前博士后丹尼尔-德里奥说，要最终解决生物发光进化的原因这个更大的问题，他们需要知道这种能力是什么时候首次出现在动物身上的。为了寻找这种特性的最早起源，研究人员决定回溯八射珊瑚的进化史。八射珊瑚是一种进化古老、经常发出生物光的动物，包括软珊瑚、海扇和海笔。与硬珊瑚一样，八射珊瑚也是一种微小的群体性珊瑚虫，它们分泌的框架成为它们的避难所，但与它们的石质亲戚不同的是，这种结构通常是柔软的。会发光的八射珊瑚通常只有在受到碰撞或其他干扰时才会发光，因此它们发光的确切功能还有点神秘。德里奥说："我们想弄清生物发光的起源时间，而八射珊瑚是地球上已知会发出生物发光的最古老的动物群体之一。所以，问题是它们是什么时候发展出这种能力的？"无独有偶，夸特里尼和哈维-马德学院的凯瑟琳-麦克法登在2022 年完成了一棵极为详细、证据确凿的八射珊瑚进化树。夸特里尼和她的合作者利用来自185种八射珊瑚的遗传数据绘制了这幅进化关系图，即系统发生图。有了这棵以基因证据为基础的进化树，德里奥和 Quattrini 便根据两块已知年龄的八射珊瑚的物理特征，将它们放入进化树中。科学家们利用这些化石的年龄和它们各自在章鱼进化树中的位置，大致推算出了章鱼支系分裂成两个或多个分支的时间。接下来，研究小组绘制出了系统进化树中具有生物发光物种的分支。在确定了进化树的日期并标注了包含发光物种的分支之后，研究小组利用一系列统计技术进行了一项名为"祖先状态重建"的分析。Quattrini说："如果我们知道今天生活的这些章鱼物种具有生物发光特性，我们就可以利用统计学推断出它们的祖先是否极有可能具有生物发光特性。具有共同特征的现存物种越多，随着时间的推移，这些祖先也可能具有这种特征的概率就越高。"研究人员在重建祖先状态时使用了许多不同的统计方法，但都得出了相同的结果：大约 5.4 亿年前，所有八射珊瑚的共同祖先很可能是生物发光体。这比之前被称为最早进化出生物荧光的发光甲壳动物早了 2.73 亿年。八射珊瑚有数千种生活代表，而且生物发光的发生率相对较高，这表明这种特性在八射珊瑚的进化成功中发挥了作用。研究人员说，虽然这进一步引出了八射珊瑚使用生物发光到底是为了什么的问题，但生物发光被保留了如此之久这一事实凸显了这种交流方式对于它们的适应和生存是多么重要。既然研究人员已经知道所有八射珊瑚的共同祖先很可能已经具备了自身发光的能力，那么他们就有兴趣更彻底地研究一下，在八射珊瑚类的 3000 多个现存物种中，哪些物种还能发光，哪些物种已经失去了这种特性。这将有助于找到与生物发光能力相关的一系列生态环境，并有可能阐明其功能。为此，德里奥说，她和她的一些合著者正在努力创造一种基因测试，以确定这些物种是否具有荧光素酶（一种参与生物发光的酶）基因的功能拷贝。对于光度未知的物种，这种测试将使研究人员能够更快、更容易地得到答案。除了揭示生物发光的起源，这项研究还提供了进化背景和见解，为今天监测和管理这些珊瑚提供了参考。珊瑚普遍受到气候变化和资源开采活动的威胁，尤其是捕鱼、石油和天然气开采和泄漏，以及最近的海洋矿物开采。这项研究为博物馆的海洋科学中心提供了支持，该中心旨在推动并与世界分享海洋知识。德里奥和Quattrini说，在科学家们弄清发光能力最初进化的原因之前，还有很多东西需要学习，尽管他们的研究结果将发光能力的起源置于进化时间的深处，但未来的研究仍有可能发现生物发光的历史更为久远。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

已知最早的皮肤化石令古生物学家感到震惊

已知最早的皮肤化石令古生物学家感到震惊 研究人员发现了一块三维皮肤化石碎片，它比之前描述的皮肤化石至少要早 2100 万年。这种皮肤属于古生代爬行动物的一个早期物种，表面呈鹅卵石状，与鳄鱼皮最为相似。表皮是陆生爬行动物、鸟类和哺乳动物皮肤的最外层，是过渡到陆地生活的重要进化适应。最近，《当代生物学》（Current Biology）杂志对这块化石以及从俄克拉荷马州理查兹斯普尔石灰岩洞穴系统采集的其他几块标本进行了描述。第一作者伊桑-穆尼（Ethan Mooney）是多伦多大学的一名古生物学研究生，本科时曾与多伦多大学的古生物学家罗伯特-雷兹（Robert Reisz）一起参与该项目，他说："这类发现可以真正丰富我们对这些先驱动物的理解和认识。"皮肤和其他软组织很少会成为化石，但研究人员认为，在这种情况下，皮肤有可能保存下来，因为洞穴系统具有独特的特征，其中包括减缓分解的细粘土沉积物、渗油以及可能是无氧环境的洞穴环境。皮肤化石 图片来源：《当代生物学》/Mooney 等人穆尼说："在二叠纪早期，动物会掉进这个洞穴系统，被埋在非常细的粘土沉积物中，从而延缓了腐烂过程。但最重要的是，这个洞穴系统在二叠纪期间也是一个活跃的石油渗漏点，石油中的碳氢化合物和焦油之间的相互作用很可能使这种皮肤得以保存下来。"发掘细节这块皮肤化石非常小，比指甲还小。多伦多大学密西沙加分校的 Tea Maho 是这块化石的合著者，她对化石进行了显微镜检查，发现了表皮组织，这是羊膜动物皮肤的标志，羊膜动物是陆生脊椎动物，包括爬行动物、鸟类和哺乳动物，在石炭纪由两栖类祖先进化而来。穆尼说："我们完全被眼前的景象震惊了，因为它完全不同于我们的想象。发现如此古老的皮肤化石是一次难得的机会，我们可以窥探过去，看看这些最早的动物的皮肤可能是什么样子的。"爬行动物的特征和进化意义这种皮肤具有古代和现存爬行动物的共同特征，包括与鳄鱼皮相似的鹅卵石表面，以及表皮鳞片之间的铰链区域，与蛇类和蠕虫蜥蜴的皮肤结构相似。不过，由于这块皮肤化石没有与骨骼或任何其他遗骸联系在一起，因此无法确定这块皮肤属于哪种动物或哪个身体区域。这种远古皮肤与今天的爬行动物皮肤相似，这表明这些结构对于在陆地环境中生存是多么重要。表皮是脊椎动物在陆地上生存的关键特征，它是身体内部过程和严酷外部环境之间的重要屏障。潜在的祖先联系和保护研究人员说，这种皮肤可能代表了早期羊膜动物中陆生脊椎动物的祖先皮肤结构，使鸟类的羽毛和哺乳动物的毛囊最终得以进化。这块皮肤化石和其他标本是由终身古生物学爱好者比尔和朱莉-梅在俄克拉荷马州的理查兹斯普尔收集的，这是一个石灰岩洞穴系统，也是一个活跃的采石场。理查兹斯普尔的独特条件保存了许多最古老的早期陆生动物标本。这些标本现存于安大略皇家博物馆。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

海洋生物学家在海底热液喷口与锰结核区发现意想不到的生物多样性

海洋生物学家在海底热液喷口与锰结核区发现意想不到的生物多样性 科学家们通过对海洋物种的详细收集和 DNA 分析，发现了深海环境，特别是热液喷口和锰结核周围意想不到的生物多样性。这些发现表明，结核内存在孤立和独特的物种以及潜在的生殖栖息地，凸显了这些区域的生态重要性。海洋生态学家萨宾-戈尔纳（Sabine Gollner）强调，鉴于这些独特物种面临灭绝的高风险，在考虑深海采矿时必须谨慎。图为海底锰结核区。资料来源：ROV KIEL6000 GEOMARNIOZ的海洋生态学家萨宾-高尔纳（Sabine Gollner）说："这项研究再次表明，在允许对这些栖息地中的矿物进行商业性深海开采之前，我们应该非常谨慎。"隔离动物在她的博士研究中，迪亚兹-雷西奥-洛伦佐研究了她在汤加岛附近澳大利亚和太平洋板块交界处的劳盆地热液喷口收集到的桡足类。她利用大型水下机器人，采集了大量这种在这些栖息地中占主导地位的虾类小动物。这些样本是从一个盆地内的不同地点采集的。通过DNA分析，她发现不同的种群生活在彼此隔离的环境中，种群之间几乎没有互动。在更远的盆地，她采集到了看起来相同的标本，但根据其 DNA 的组成，它们甚至应该被视为不同的物种。Coral Diaz-Recio Lorenzo（中）与法国潜水器 Nautile 一起潜水，从热液喷口采集样本。船只：Porquois Pas?图片来源：Christophe Brandily在结核上生活她研究的第二部分涉及从克拉里昂-克利珀顿区采集的锰结核样本，这是太平洋四五千米深处的一个大区域。她发现，在这些结核中，通常可以发现 10 到 15 个线虫、桡足类动物和其他动物个体，有时甚至超过 200 个。其中许多动物似乎是结核特有的，因为在这些结核周围采集的沉积物样本中没有发现它们。一些动物甚至可能将结核作为繁殖的栖息地，因为 Diaz-Recio Lorenzo 在结核内发现了虫卵。NIOZ 海洋生态学家萨宾-高尔纳（Sabine Gollner）是迪亚兹-雷西奥-洛伦佐博士研究的共同发起人，她对热液喷口周围和锰结核中发现的生命的独特性和多样性感到非常惊讶。"所研究的地点都是目前正在勘探矿物的区域。但这项研究表明，对于未来可能进行的深海采矿，我们应该格外小心，因为这些独特的物种有很高的灭绝风险"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新西兰发现南半球最古老的海洋爬行动物化石 重新定义海洋进化

新西兰发现南半球最古老的海洋爬行动物化石 重新定义海洋进化 重建南半球最古老的海洋爬行动物。约 2.46 亿年前，诺托萨斯龙在现在的新西兰南极古海岸游动。图片来源：Stavros Kundromichalis爬行动物首次入侵海洋是在一场灾难性的大灭绝之后，这场灭绝摧毁了海洋生态系统，并为近 2.52 亿年前恐龙时代的到来铺平了道路。这一进化里程碑的证据仅在全球少数地方被发现：北极斯匹次卑尔根岛、北美西北部和中国西南部。这次发现虽然只是从新西兰南岛哈珀山脚下溪床的一块巨石中发掘出的一块脊椎骨，但却为我们揭开了南半球早期海洋爬行动物的神秘面纱。新西兰 Nothosaur 脊椎骨的原始化石。南半球最古老的海洋爬行动物。资料来源：Benjamin Kear在恐龙统治陆地之前，爬行动物统治海洋长达数百万年。现存种类最多、地质年代最长的类群是蛇颈龙类，其进化历史超过 1.8 亿年。该类群包括蛇颈龙（plesiosaurs），与尼斯湖水怪的形象十分相似。Nothosaur是蛇颈龙的远祖。它们可以长到七米长，用四只像桨一样的肢体游泳。Nothosaur的头骨扁平，头骨上有细长的锥形牙齿，用来捕捉鱼和乌贼。新西兰的这只Nothosaur是在 1978 年的一次地质调查中发现的，但直到来自瑞典、挪威、新西兰、澳大利亚和东帝汶的古生物学家联合起来，对脊椎骨和其他相关化石进行研究和分析后，人们才充分认识到它的重要性。新西兰 Nothosaur 的复原图。南半球最古老的海洋爬行动物。图片来源：Johan Egerkrans"在新西兰发现的nothosaur比以前已知的南半球最古老的蜥脚类化石要早4000多万年。"研究报告的第一作者、乌普萨拉大学进化博物馆的本杰明-科尔（Benjamin Kear）博士解释说："我们的研究表明，这些古老的海洋爬行动物生活在当时南极圈内海洋生物繁衍生息的浅海沿岸环境中。"乌普萨拉大学进化博物馆古脊椎动物馆馆长兼古生物学研究员本杰明-卡尔博士。图片来源：大卫-内勒最古老的Nothosaur化石距今约2.48亿年，是沿着一条古老的北部低纬度带发现的，该低纬度带从遥远的泛塔拉萨超级大洋的东北边缘延伸到西北边缘。关于它的起源、分布以及何时到达这些遥远地区仍存在争议。一些理论认为，它们或者是沿着北部极地海岸线迁徙，或者是游过内陆海道，或者是利用洋流穿越 Panthalassa 超级大洋。Kear 说："我们利用一个经过时间校准的蛇颈龙类全球分布进化模型表明其起源于赤道附近，然后在标志着恐龙时代开始的大灭绝之后，随着复杂海洋生态系统的重建，蛇颈龙类迅速向北和向南扩散。""恐龙时代开始时，全球气候极度变暖，使这些海洋爬行动物得以在南极繁衍生息。这也表明，古代极地地区很可能是它们最早的全球迁徙路线，就像今天鲸鱼进行的史诗般的跨洋旅行一样。毫无疑问，在新西兰和南半球其他地方，还有更多早已灭绝的海怪化石遗迹等待我们去发现。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：