(十)三葉蟲與昆蟲

 

三葉蟲世界-地球海洋中的第一個生命王國

三葉蟲

  早在300多年前的明朝崇禎年間,一個名叫張華東的人在山東泰大汶口發現了一種包埋在石頭堛滿妝ヰ哄芋A其外形容貌頗似蝙蝠展翅,於是他就為之命名為“蝙蝠石”。

 

到了20世紀20年代,我國的古生物學家對“蝙蝠石”進行了科學研究,終於弄清楚了原來這是一種三葉蟲的尾部。

這種三葉蟲生活在5億年前的寒武紀晚期,是海洋中的一種節肢動物。

為了紀念這個世界上給三葉蟲起的第一個名字,我國科學家就把這種三葉蟲由拉丁名翻譯成的中文名字依然叫做“蝙蝠石”或是“蝙蝠蟲”。

 

國外研究三葉蟲的最早記錄可以追溯到1698年。

當時,魯德把一個頭部長有三個圓瘤的三葉蟲化石命名為“三瘤蟲”。

到了1771年,瓦爾其根據這種動物的形態特徵,即身體從縱橫兩方面來看都可以分成三部分:縱向上分為頭部、胸部和尾部,橫向上分為中軸及其兩邊的側葉部分,因而給出了一個恰如其分的名稱——“三葉蟲”。

 

寒武紀的三葉蟲世界

  在動物分類學上,三葉蟲屬於脊椎動物門、三葉蟲綱。

它們生活在遠古的海洋中,主要出現在寒武紀,到寒武紀晚期時發展到頂點。

此後,三葉蟲從極盛的高峰走向衰退,延續到二疊紀末期時絕滅,沒有進入中生代。

 

三葉蟲在整個古生代3億多年的漫長地質歷程中生生不息,繁衍出了眾多的類群和巨大的數量,總計有1500多個屬,1萬多個種,其中發現於我國的有大約500個屬。

 

三葉蟲的形狀大多為卵圓形或橢圓形,個體大小相差卻很懸殊。

發現於葡萄牙奧陶紀地層中的烏拉裂肋蟲是最大的三葉蟲之一,長達70釐米。

而古盤蟲、球接子之類的微小三葉蟲卻只有不到6毫米。常見的三葉蟲一般長度都在310釐米,寬度在13釐米。

超過20釐米的就算大型的了。

在我國昆明寒武紀早期地層中曾經發現過長度為30釐米的萊得利基蟲。

 

三葉蟲化石廣泛地分佈在世界各地,因而對劃分地層非常重要。

但同時,許多三葉蟲的屬種又具有地方性特色,因而它們又對劃分當時的海域分區,進而恢復當時的生物地理區係具有重要意義。

三葉蟲生活的年代距今雖然遙遠,但是科學家對它的形態、構造等特徵的了解是相當充分的,主要的原因有以下幾點:

首先,三葉蟲身體表面披有堅固的甲殼,在個體發育過程中經歷多次脫殼生長,所以它們在地層中遺留下的化石數量比其他生物要多;

其次,寒武紀海洋中很少有比三葉蟲更大、更兇暴的動物和它生活在一起,因此它們能夠迅速繁衍,廣泛分佈;

此外,三葉蟲化石大多保存在質地細緻的石灰岩或頁巖中,因此,不僅外殼的特徵能夠被觀察得很清楚,而且有時其內部構

造也能被看得很清晰。

 

  三葉蟲的主要特徵表現在它的背殼構造,其頭部中央有一個突起的“頭鞍”,可能是安置腦的處所。

頭鞍的表面有的光滑無飾,有的瘤斑點綴,還有的具有為數不等的橫溝。

這些橫溝被稱為“頭鞍溝”。頭鞍兩側,一般有成對的眼睛。

沿眼睛的前後有一條溝,稱為“面線”,這是三葉蟲成長過程中藉以脫殼鑽出身體的地方。

頭部腹面的前端有一對分節的觸須,既是行動器官,又是感覺器官。

觸須的後面是攝食的口,通常蓋著“唇瓣”。

口兩側有許多細小而分節的行動器官——附肢,附肢上有細密的纖毛,大概可以起到呼吸的作用。

 

  三葉蟲的胸部分節,多者達十幾節,少者只分兩節。

各節之間以覆瓦狀(即像房頂的瓦片一樣一片覆疊在另一片的上面)關聯起來,便於捲曲活動。

三葉蟲腹面兩側有為數眾多的分節附肢,附肢上具有纖毛,因此這些附肢也兼負行動和呼吸之用。

三葉蟲的尾部和胸部一樣,縱向上分為中軸及其兩側的肋葉部,其形態多樣;尾部的邊緣有的帶刺,有的不帶刺。

 

三葉蟲的生活習性是多種多樣的,化石中最多的一類是保存在石灰岩或頁巖中,可見當時它們大多生活在淺海底或遊移於淤泥之上。

它們有的稍能游泳,有的隨水漂流。

志留紀中期的齒蟲類,整個身體幾乎被密密的長刺包圍,這些長刺對於它們在水奡慦a來說是一種強有力的推進器,因此可以推測它們是游泳的能手;同時,這些長刺也是抵禦天敵的有效武器。

這種類型的三葉蟲主要是出現於奧陶紀到泥盆紀時期,當時與它共生的鸚鵡螺類、板足鱟類和魚類都是三葉蟲的勁敵,如果三葉蟲不增強它的游泳能力和禦敵的武器,它們怎樣在那個競爭激烈的環境中繼續生存繁衍呢?

 

奧陶紀的某些三葉蟲,如寶石蟲、斜視蟲、隱頭蟲等還發展了捲曲的能力,它們的頭部和尾部可以完全緊接在一起,僅將背部的硬殼暴露在外;

它們還可以鑽進淤泥以保護其柔軟的腹部器官!

這樣一方面便於禦敵,另一方面也可以以類似於尺蠖那樣的伸曲的方式推動身體前進。

 

  對於三葉蟲的個體發育過程,科學家通常是透過採集同一層位中同一種個體的不同生長階段的標本來研究的。

三葉蟲的個體發育,大致劃分為三個時期——幼年期、中年期和成年期。

幼年期蟲體頭部和尾部尚不分明,也沒有胸節,直徑大約為0.241.3毫米。

中年期蟲體頭部和尾部已經分開,胸節也已經發育,但是節數比成年期少一節。

成年期蟲體的胸部與尾部節數增加到了極限,蟲體增大,殼上的刺、瘤等附加物均出現了。

 

  三葉蟲自從在寒武紀早期出現以後,在整個系統演化中各部主要構造特點也逐漸發生相應的變化,這些變化規律主要有下列幾方面:

 

1、頭鞍形態的變化:

寒武紀早期的原始三葉蟲的頭鞍形態多為長圓錐形,凸起也不顯著。

往後到了寒武紀中期以後,頭鞍逐漸縮短,兩側趨向平行,成為圓柱形,甚至有的成為了球形。

到了寒武紀晚期及以後的三葉蟲,甚至頭鞍與其兩側的頰部分界也不清楚了。

 

2、面線後支所在位置的變化:

早期三葉蟲的面線後支(即眼睛之後的那段面線)終點常與頭部的後邊緣或兩頰角相交;往後到了奧陶紀以後的類型,則常與頭部的兩旁側緣上相交。

 

3、眼的變化:

某些三葉蟲的眼睛。早期是新月形的,隨後逐漸變小,最後消失。

另一類複眼比較發達的三葉蟲,眼睛則由小變大,最後會出現眼柄,眼睛則長在高高聳起的眼柄頂端上。

志留紀的許多三葉蟲就屬於這一類。

 

4、身體周圍長刺的變化:

寒武紀和奧陶紀的三葉蟲很少長刺,而志留紀及其以後的類型長刺較為多見,而且刺比以前的也更加複雜。

5、胸節由多變少,尾部由小變大,頭鞍上的橫溝由多到少等等趨勢也在許多類型的三葉蟲中顯示出來。

  (資料來源:中國科普博覽)

 

(二)昆蟲

最早的飛行家--昆蟲

昆蟲的起源

  最古老的昆蟲化石是一種無翅的彈尾目昆蟲,發現在距今35千萬年前的泥盆紀中期地層中。這種昆蟲的軀體已經明顯地分成了頭、胸、腹三個部分。

作為運動中心的胸部的出現,顯然已經代表了昆蟲這種新型節肢動物的誕生。

 

另外一個叫做纓尾蟲的原始無翅昆蟲,發現在石炭紀地層中,但是在發現之初卻被當作甲殼動物記載下來,直到80年後的1958年才被承認是一種原始的昆蟲。

 

當時,前蘇聯的科學家沙諾夫在莫斯科的二疊紀地層堙A找到了一個類似的物種,這些化石與現代的纓尾蟲非常相似。

後來,科學家又在墨西哥的石炭紀早期地層、和歐洲的二疊紀地層中發現了更多的昆蟲物種,它們有的很小,有的則可以大到30毫米以上。

 

  這些原始的昆蟲是由什麼動物進化而來呢?

科學家推測,昆蟲的假想祖先:應該是具有同律體節的蠕蟲狀動物,每個體節都有一對附肢。

這樣的祖先在進化成昆蟲的過程中,身體前部的幾個體節集中並癒合形成了頭部,這些體節上的附肢則演變成了觸角和口器!

緊接在頭部後面的三個體節仍然保持各自獨立,但是每一個體節發育了一對強有力的運動器官——足,

後來還發育了兩對翅膀,形成了昆蟲胸部的運動中心;

胸部後面的體節變化很小,但是附肢卻一般都退化掉了,僅有腹末體節的附肢演變成了尾須和產卵器官。

 

  從昆蟲的假想祖先進一步向前追溯,科學家認為可以將其起源一直追蹤到一支古老的陸生節肢動物身上。

 

節肢動物早在大約10億年前的前寒武紀就已經生存在地球上了。

最初,它們生活在沿著海岸線分佈的淺海中,後來,它們向著兩個相反的方向進化:

一支進入開闊的大洋和海洋深處,演變成現代海洋中非常繁盛的蝦、蟹等甲殼動物;

另一支則離開海洋去開拓尚未被佔領的全新的陸地生態環境,演化成今天隨處可見的蜈蚣、蚰蜒等多足類和蜘蛛、蝎子、蜱螨等蜘蛛類以及昆蟲類,最終成功地征服了乾燥的陸地。

 

其中,最為成功的昆蟲從出現開始,就顯示出了極為強大的生命力,在地球上迅速地發展了起來。

 

昆蟲的翅膀是怎樣進化來的?

 

  化石證據表明,最早的有翅昆蟲是在石炭紀晚期出現的。

那是距今大約3億年前,大地上到處都生長著高大茂密的森林,不過樹種與現代的大樹完全不同,主要是熱帶的蕨類植物,如木賊、石鬆和各種木本蕨類。

 

現代的蕨類都是一些矮小的植物,可是在當時遙遠的古生代堙A蕨類植物卻可以長成參天大樹,有些甚至可以高達40米。

 

有翅昆蟲就在這樣的環境堨X現了。

它們成群地在森林堶落茩艇h,種類也很快地越來越繁雜。

實際上,這些高大的樹木正是昆蟲獲得翅膀的環境條件,因為昆蟲只有先上樹,適應了樹上生活以後,才有產生翅膀的需要和可能。

 

  雖然發現有翅昆蟲化石的最早時代是石炭紀晚期,但是根據種種事實推測,有翅昆蟲的起源是發生在泥盆紀末期或石炭紀初期。

 

泥盆紀地層中已經有煤層存在,說明當時已經出現了森林。生活在這些森林堛漫讕峞A首先借助於胸背側突在樹木間滑

翔;而後,在滑翔的基礎上,自然選擇的結果使胸背側突一代代地逐漸擴展,

昆蟲的滑翔距離就可以越來越遠,最後,胸背側突終於發展成了能夠自由飛翔的翅膀。

 

  翅的產生是昆蟲進化史上最為重要的事件。

翅的產生使昆蟲的胸部構造、肌肉系統以及整個有機體都發生了很大的變化,促使了神經系統的發展,也意味著昆蟲行為的複雜化。

 

由於獲得了翅膀,使昆蟲能夠適應更為多種多樣的環境,從而打開了更加廣闊的生活空間。借助於飛行,昆蟲能夠在更加廣闊的範圍內散佈、遷徙、求偶、覓食以及躲避敵害。

 

當時,脊椎動物中的兩棲類已經登陸,有翅膀的昆蟲能夠更有效地逃脫兩棲類以及蝎子和蜘蛛的捕食。

這一切都為昆蟲綱日後的繁榮發展奠定了良好的基礎。

  在地球生命的進化歷史上,昆蟲是最先獲得飛行能力的動物,比爬行動物和鳥類獲得飛行能力早了至少5千萬年。記住,地球上廣闊的

(資料來源:中國科普博物館)

 

(三)筆石

筆石——古半索動物的代表

筆石

  半索動物又叫做“隱索動物”,全都生活在海洋堙C

它們最顯著的特點是具有位於背部的神經索,以及口腔背面向前伸出的一條叫做“口索”的短短的盲管。

一些科學家認為,這樣的背神經索是後來出現的脊索動物的背神經管的雛形,而口索則是脊索動物的脊索或腦垂體前葉的雛形。

 

顯然,半索動物是非脊索動物與脊索動物之間的過渡類型。

 

半索動物包括4個綱,即腸鰓綱、羽鰓綱、浮球蟲綱和筆石綱。

 

其中,腸鰓綱都是一些現代動物,沒有化石記錄;羽鰓綱出現在奧陶紀並一直延續至今;

浮球蟲綱是一類數量極少的現代動物。這三個綱加起來,種數也不過50多種。

 

筆石綱則是半索動物門當中類型和數量都最為豐富的類群,不過,它們全都是古生物,最早出現在寒武紀中期,到了3億多年前的石炭紀早期就已經全部絕滅了。

 

筆石動物的化石通常保存的狀態是壓扁了的炭質薄膜,很像鉛筆在岩石層面上書寫的痕跡,因此才被科學家叫做“筆石”。

它們一般被分成6個目:樹形筆石目、管筆石目、腔筆石目、莖筆石目、介殼筆石目和正筆石目。

 

  根據化石保存的狀態、共生動物的類別以及筆石動物自身的骨骼構造,科學家推測一部分筆石動物在海底營底棲固著生活,

例如大部分的樹形筆石,它們有固定的莖、根等構造;

另一部分筆石動物營漂浮生活,例如正筆石,它們具有叫做“線管”的絲狀體,用來附著在漂浮體上。

 

筆石動物可以與腕足動物和三葉蟲等動物的化石共生。

但是也有一些特定的環境堙B只有漂浮筆石而沒有其他生物、或是僅有極少的浮游生物伴生。

 

筆石通常保存在黑色葉岩中,究其原因可能是因為當時的沉積環境海水較為平靜,海底還原作用強,氧氣不足,含有較多的硫化氫,不適宜底棲生物生存,但是在這樣的環境媕蝥}浮生活的筆石可以在表層水體中生活,死後屍體沉入水底變成化石;

 

另一種原因則可能是因為當筆石從正常的水體漂浮到這種不宜生存的水體中時,

便大量死亡並沉入海底,而海底底棲動物稀少,沒有將這些筆石屍體“消滅”掉,它們就大量保存下來並變成了化石。

 

  除了葉岩之外,在細砂岩、粉砂岩或灰岩中也能發現一些筆石化石。

(資料來源:中國科普博覽)

 

52日編輯完稿)