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被发现60多年了 “塔利怪物”的真实身份仍成谜

2020-07-31 00:00 来源:科技日报 本报记者 赵汉斌

  对史前生物“塔利怪物”的样貌重建图片来源:物理学家组织网

  1958年,美国业余化石收藏家弗朗西斯·塔利发现了奇怪的史前生物化石,随后关于这种生物的1200多个化石被陆续发现。但几十年来,这个长相怪异的生物到底属于哪种动物门类,仍然让科学家们伤透脑筋。

  仅存于数千万乃至数亿年前化石中的古生物,往往与现生生物有很大的不同,但根据生物演化的脉络和不断创新的研究方法,科学家们往往从中能找到古今之间的关联。可是,有一种因长期无脉可循而被称作“塔利怪物”的古生物,却困扰了学界数十年之久。

  近日,发表在《科学进展》杂志上的一项新研究,概述了一种寻找长期以来被认为在石化过程中丢失的生物信号的新方法。美国耶鲁大学的科学家通过分析113种动物化石的分子组成,获得可用来揭示动物之间关系的系统发育信号。科学家们认为,新的研究方法有助于证明,“塔利怪物”可能是一种非比寻常的脊椎动物。

  有说是软体动物,有说是脊椎动物

  1958年,美国业余化石收藏家弗朗西斯·塔利在美国伊利诺伊州中部的马荣溪化石层中,首次发现了一种奇特的化石。据推测,它生活在距今3亿年前的近海水域。死亡或其他意外原因将其掩埋在淤泥里,并最终被包裹在后来形成的坚硬岩石中。随后,古生物学家在该州格兰迪县的梅逊克里克,又陆续发掘出了数千块这样的化石。

  但自发现第一块这种化石以来,古生物学家们就对它的身份困惑不已。因无法确定这种动物更接近鱿鱼等软体动物,还是鱼的近亲,科学家最后以发现者的名字,将其命名为“塔利怪物”。

  这种怪物似乎有众多生物的特征,头顶上长着一根坚硬的长柄,两端各有一只眼睛;在长长的吻部末端,长有很多锋利的牙齿。根据这些特征勾勒出的复原图,人们还看到它的体型非常小,最长不足30厘米。科学家推测它和很多海洋生物一样,或许是以淤泥中的虫子作为食物,并可能以岩石的缝隙作为栖身场所。

  基于“塔利怪物”上半身细长、下半身异常肥大的奇葩造型,有人又觉得它有点像蛇类和鱿鱼的结合体。还有观点认为,“塔利怪物”可能是蜗牛的祖先,但显然没有多少人认可,因为“塔利怪物”并没有蜗牛一样的壳。

  这个怪物的感官系统也比较奇特,它的眼睛长在两边,看起来更像是蜗牛一样,而且从现有的系统中找不到丝毫生物进化的痕迹,因此竟有人说它或许是外星人遗留在地球的产物——这近乎无稽之谈,但也足可见“塔利怪物”之怪。

  2020年5月,来自英国曼彻斯特大学的罗伯特·桑森在一篇文章中提到,“塔利怪物”在任何一个动物群体中都是一个特别的存在,如果它是软体动物,那它就是奇怪的软体动物;如果它是脊椎动物,那它就是奇怪的脊椎动物。

  揭秘行动在深入,争论依然不绝于耳

  60多年来,几代研究者对1200多个“塔利怪物”化石进行分析,似乎已越来越接近揭开这种怪物真实身份的时刻。2016年3月,《自然》杂志发表的论文称,“塔利怪物”实际上是一种鱼类,是现代七鳃鳗的祖先。

  这个研究团队利用强大的同步元素绘图等新型分析技术,通过绘制化石的化学性质来展现其物理特征。他们发现,“塔利怪物”具有一根较为原始的脊索,并且有鳃的结构,此前鳃的结构没被鉴定出来。

  研究共同作者、耶鲁大学自然历史博物馆无脊椎古生物馆主管德雷克·布里格斯说:“这些化石很难解读,而且又相当多样。有人认为它们可能是某种奇特的、会游泳的软体动物。我们决定把所有可能的分析技术都用上。”

  耶鲁大学的研究者们宣称,距今大约3亿年前,这种外形奇特的动物在伊利诺伊州的近海水域里游弋,很可能是一种掠食性脊椎动物,并且与七鳃鳗关系较近。

  但顶级杂志的论文并没能一锤定音。随后就有学者认为,它压根儿不是鱼,甚至连脊椎动物都算不上。

  2017年2月,来自美国宾夕法尼亚大学地球与环境科学系的劳伦·萨兰和英国牛津大学地球科学系的萨姆·吉尔斯等研究者,在《古生物学》期刊上发出另一篇论文,否定了“塔利怪物”是脊椎动物的说法。

  他们发现,被描述为支持“塔利怪物”是脊椎动物的结构,面临着生物学特征、生物趋同与发声学方面的重大挑战,“塔利怪物”埋藏过程等诸多问题还可能误导了此前的研究,例如“塔利怪物”缺少如耳囊、体色素等突变体,因此研究结论不符合目前对脊椎动物记录的理解。

  “‘塔利怪物’的化石中,曾经被认为是脊椎的白线越过了眼睛的位置,显然不符合其他脊椎动物的特征。”劳伦·萨兰说。

  此外,他们还认为,脊椎动物的系统发育定位,只能通过有限外群的脊索动物数据集和选择性特征应用来实现。长期以来,研究者争论过的如异腹足目软体动物、异脚类节肢动物或其他非脊椎动物,这些谱系中,许多动物曾独立进化出类似脊椎动物的特征,包括复杂的眼睛和“牙齿”。因此,他们认为,考虑到全部证据,“塔利怪物”应被排除在脊椎动物源头之外。

  不过,更多的学者不愿参与这种无休止的争论,眼下也依然有更多的问题等待解答,如为何世界其他地方还没有发现过“塔利怪物”的化石,它们何时第一次出现在地球上。

  用生物信号,从化石中挖掘新数据

  就在上述《自然》杂志关于“塔利怪物”是脊椎动物和现代七鳃鳗祖先的论断发出4年之后,布里格斯等人果然穷尽技术手段,与“怪物”死磕到底。

  日前,他和耶鲁大学的同事在《科学进展》发表的新研究中表示,通过追踪长期以来被认为在化石过程中会丢失的生物信号,他们找到了新颖的方法,可对5。41亿年前化石的历史信息进行追溯。用这种新方法,他们已经获得有关包裹第一个恐龙蛋的软壳的有价值信息,同时也将为证实“塔利怪物”是脊椎动物提供了线索。

  “蛋白质、脂类和糖决定了动物的形态和功能。然而,生物信号在化石有机质中的保存却鲜为人知。”布里格斯等人表示,他们利用高分辨率原位拉曼光谱,分析了113个显生宙后生动物化石和沉积物的分子组成。

  由于蛋白质、脂类和糖类在石化过程中,通过脂肪氧化和糖氧化聚合形成内源性的杂环聚合物,这些物质不溶于水,基本上不易被微生物分解,化学性质稳定。“这种石化物质保留了远古生物系统发育信息,还可从中捕获更高级的后生动物关系。分子信号可以在很久远的时间内存活,这为重建动物进化史提供了有力的工具。”布里格斯表示。

  该研究的第一作者、耶鲁大学地球与行星科学系研究生贾斯米娜·威曼利用这种非破坏性化学分析技术,来确定这些聚合物中是否存在可识别的生化特征。

  研究发现,生物分子信号不仅揭示了动物化石的成岩历史,而且通过比较,还能揭示动物化石的结构性质和亲缘关系。“我们发现,化石有机物是基于原始生物分子的化学降解产物而构成的自然混合体。这些分子中的碳质残留物几乎总是在化石中保留了微观线索。”威曼说。

  到目前为止,威曼和布里格斯等人已发现了3种主要的系统发育信号:有助于确定早期恐龙蛋壳的柔软特性的生物矿化信号;区分昆虫表皮和脊椎动物软骨的组织信号,可用于识别“塔利怪物”的身份;基于氨基酸化石产物的系统发育信号,可揭示动物物种之间的关系。

  威曼等人并未用足够多的篇幅细说“塔利怪物”,但表示了解化石中的生物特征有可能从根本上推进有关地球生命进化的科学知识。威曼说:“有了这种方法,我们可以在许多不同的研究方向上前进,用以前认为化石无法企及的答案来解析动物进化的重大问题。”

  与漫长的地球演化史相比,其实人类的历史太短太短。到目前为止,还有很多事物是人类未知的。或许在未来能够发现越来越多的史前生物,一步步揭开“塔利怪物”的神秘面纱。

(责任编辑:王蔚)

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