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科學報 科學文摘 探索

4000多萬年過去了,這兩只龜還在交配


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更新日期:2022105
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2021年12月18日 10:30

【科學快訊】

  麥賽爾化石坑(Messel Pit),是德國的世界遺產。這裏原本是一個小火山湖的湖底,保存了種類極其豐富且完整的動植物化石,其中包括許多學名為Allaeochelys crassesculpta的龜。這種龜屬於兩爪鱉科,有趣的是,有不少龜兩兩成對,呈現「一個疊一個」的姿態。

  A。
crassesculpta的化石標本,編號SMF ME 2449 | Walter G。
Joyce et al。
/ Biology Letters(2012)

  參考它的現存近親豬鼻龜Carettochelys insculpta,我們可以判斷成對龜的性別(雄龜尾巴長,雌龜尾巴短)。結果它們果然在做你想的那件事,這是已知唯一保持交配姿勢的脊椎動物化石範例。A。
crassesculpta在大約4700萬年前生物性死亡,如今又在人類的圍觀下社會性死亡。

  永恒的愛

  從化石中,可以觀察到各種凝固在瞬間的生活細節,甚至包括「私房事」。2013年發表在PLoS ONE的一篇論文,介紹了中國科學家在內蒙古發現的一件昆蟲化石:那是一對沫蟬,腹面相對,雄性的陽莖(aedeagus)還插在雌性的交配囊(bursa copulatrix)裏。研究者將其命名為Anthoscytina perpetua,perpetua乃是拉丁文「永恒的愛」。

  永遠定格在這一時間 | Shu Li et al。
/ PLoS ONE (2013)

  「微觀尺度」上的性,也能在化石裏保存。在澳大利亞一個山洞中,發現了最古老的精子化石。這些精子來自距今2300~1600萬年的介形類(ostracod)。介形類是甲殼亞門的小動物,俗稱介形蟲,擁有動物界體積最大的精子。有的介形蟲精子長達1厘米,是自身長度的四倍。不過,一種果蠅Drosophila bifurca的精子比介形蟲更長,達到5.8厘米,因為它有一條非常細長的尾巴。

  在同一個山洞裏,古生物學家還發現了雌性的介形蟲化石,它們體內保留著容納精子的通道,蜿蜒曲折,比精子本體還要長,真可謂「深不可測」。

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  雌性介形蟲Newnhamia mckenziana的化石,保存了精子儲存器官和蜿蜒盤曲的通道 | Renate Matzke-Karasz et al。
/ Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2014)

  在宏觀尺度上,也有一些令人驚歎的「長度」被保存下來,如海象的「丁丁骨」可達到體長的1/6,甚至還被做成工藝品、放到博物館的展櫃裏展出。

  共赴黃泉

  化石保留的動物社死瞬間,不僅能提供段子,還蘊含古生物學和古地質學的許多重要信息。 ;

  先前提到的麥賽爾化石坑有個謎:這裏的動物是被誰所殺?比較可靠的解釋有兩種:一種是火山湖底的地質活動,釋放出了有毒氣體,動物們被熏死。另一種是湖中有毒藍藻爆發,喝了水的動物中毒而死。

  在交配中死去的龜,能給我們提供一些柯南式的線索。現生的水生龜類在求偶的時候,雄性一般會在水中做出一系列動作,傳遞求偶信號,然後才開始爬跨。雌雄會保持爬跨姿勢一動不動,如果交配發生在開放水域,兩只龜都會沉入相當深的水裏。

  現生的豬鼻龜,光滑的皮膚可以輔助吸收氧 | Bjoertvedt / Wikimedia Commons

  藍藻要陽光才能生存,所以它分布在湖水的表層,如果有藍藻毒素,也應該在表層,龜無法在有毒的表層水裏完成求偶儀式。A.crassesculpta屬於鱉總科(Trionychia),這類龜的皮膚缺乏鱗甲,表皮有豐富的血管,可以輔助呼吸,但也提高了通過皮膚吸收毒素的可能性。

  更合理的猜測是,湖底的火山毒氣泛上來,但還沒有到達表層水,湖水呈現雙層雞尾酒的形態:下面有毒,上面無毒。激情燃燒的A.crassesculpta完成了求偶儀式,但開始交配的時候,它們抱在一起一動不動,沉入更深的水裏,接觸到了有毒物質,共赴黃泉。

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  誰為情種

  最古老的「性的化石」,發現於加拿大的努納福特(Nunavut),是一種約10億年前紅藻的化石,具有兩個性別的孢子,說明它會進行有性生殖。它的學名是Bangiomorpha pubescens,pubescnes意為「青春期」,表示從它開始,地球生物進入了18禁有性時代。

  開辟鴻蒙,誰為情種?生物學界認為,性的誕生並不僅僅給生活增加了樂趣,還對生命的演化具有深遠的意義。

  B。
pubescens紅藻的化石 | Nicholas Butterfield / Paleobiology (2000)

  一種觀點是,性可以保存生命的「設計書」——基因。無性繁殖的生物如細菌隨時都能生產下一代,但有性繁殖的多細胞生物,在發育早期就選定一部分細胞,供未來的有性繁殖使用(比如,人類卵細胞的前身「初級卵母細胞」,在胚胎三個月大時就已經形成了)。這一部分細胞被保護起來,盡可能減少分裂和外界干預,從而保留了完整的基因,避免產生有害的突變,就像是圖書館保存的善本古書一樣。

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  另一種觀點更加有趣,性的作用是讓細胞做好「團建」工作。多細胞生物的生存,需要許多細胞的合作:比如有了營養,大家分著吃,遇到寄生生物,要派出免疫細胞抵禦外敵。問題是,一般情況下,自然選擇並不會偏袒團結無私的細胞,如果有的「自私」細胞只顧繁殖自己,團體的利益就會受到損害,甚至全局傾覆(有一種「自私」細胞導致的不利現象我們都知道,叫做癌症)。  

  多細胞生物的細胞之間關系很像蟻巢,工蟻犧牲自己的繁殖,來增加蟻後的繁殖數量 | Pixabay

  那麼,在什麼情況下,自然選擇會讓無私的細胞獲益呢?如果這個細胞能選擇幫助自己的親戚,或者是自己的複制體,那即使它自己做出了犧牲,因為它的親戚也有同樣的「團結基因」,「團結」這一「品格」仍然會保留下來,甚至會繁殖更多。

  有性生殖的多細胞生物,都是從一個細胞(受精卵)發育而來的,所以除了少量的突變以外,體內的細胞都擁有相同的基因。換句話說,這是一個有助於自然選擇產生「團結基因」的環境,大家都是一家人嘛。

  B。
pubescens是已知最早的,有明確證據的複雜多細胞生物,不過它並不是我們的祖先,在生物進化樹的古老枝幹上,「性」和「複雜多細胞」都在不同的枝杈上起源了多次。而且這兩個天賦點出現的時間很近,這似乎暗示著「性」對多細胞生命的產生,具有關鍵作用。性促成了細胞的「團建」之後,生命才得以從微小的單細胞形態,發展出更加巨大、聰明、複雜和多彩的形式,直到今天都長盛不衰。

  有了性,生命就進入了一個全新的層次 | Pixabay

  看了這對「社死」的龜,不知你是否對億萬年前的「不可描述」產生了更多的好奇,比如,將文中的龜換成曾經的地球霸主——恐龍,又將會是怎樣一副光景?

  本文來自物種日曆

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