地球海洋中的第一個(gè)生命“王國(guó)”——三葉蟲世界
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三葉蟲 |
早在300多年前的明朝崇禎年間,一個(gè)名叫張華東的人在山東泰安大汶口發(fā)現(xiàn)了一種包埋在石頭里的“怪物”,其外形容貌頗似蝙蝠展翅,于是他就為之命名為“蝙蝠石”。到了20世紀(jì)20年代,我國(guó)的古生物學(xué)家對(duì)“蝙蝠石”進(jìn)行了科學(xué)研究,終于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(jì)晚期,是海洋中的一種節(jié)肢動(dòng)物。為了紀(jì)念這個(gè)世界上給三葉蟲起的第一個(gè)名字,我國(guó)科學(xué)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(guó)外研究三葉蟲的最早記錄可以追溯到1698年。當(dāng)時(shí),魯?shù)掳岩粋(gè)頭部長(zhǎng)有三個(gè)圓瘤的三葉蟲化石命名為“三瘤蟲”。到了1771年,瓦爾其根據(jù)這種動(dòng)物的形態(tài)特征,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(cè)葉部分,因而給出了一個(gè)恰如其分的名稱——“三葉蟲”。
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寒武紀(jì)的三葉蟲世界 |
在動(dòng)物分類學(xué)上,三葉蟲屬于脊椎動(dòng)物門、三葉蟲綱。它們生活在遠(yuǎn)古的海洋中,主要出現(xiàn)在寒武紀(jì),到寒武紀(jì)晚期時(shí)發(fā)展到頂點(diǎn)。此后,三葉蟲從極盛的高峰走向衰退,延續(xù)到二疊紀(jì)末期時(shí)絕滅,沒有進(jìn)入中生代。三葉蟲在整個(gè)古生代3億多年的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷程中生生不息,繁衍出了眾多的類群和巨大的數(shù)量,總計(jì)有1500多個(gè)屬,1萬多個(gè)種,其中發(fā)現(xiàn)于我國(guó)的有大約500個(gè)屬。
三葉蟲的形狀大多為卵圓形或橢圓形,個(gè)體大小相差卻很懸殊。發(fā)現(xiàn)于葡萄牙奧陶紀(jì)地層中的烏拉裂肋蟲是最大的三葉蟲之一,長(zhǎng)達(dá)70厘米。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(zhǎng)度都在3到10厘米,寬度在1到3厘米。超過20厘米的就算大型的了。在我國(guó)昆明寒武紀(jì)早期地層中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過長(zhǎng)度為30厘米的萊得利基蟲。
三葉蟲化石廣泛地分布在世界各地,因而對(duì)劃分地層非常重要。但同時(shí),許多三葉蟲的屬種又具有地方性特色,因而它們又對(duì)劃分當(dāng)時(shí)的海域分區(qū),進(jìn)而恢復(fù)當(dāng)時(shí)的生物地理區(qū)系具有重要意義。
三葉蟲生活的年代距今雖然遙遠(yuǎn),但是科學(xué)家對(duì)它的形態(tài)、構(gòu)造等特征的了解是相當(dāng)充分的,主要的原因有以下幾點(diǎn):首先,三葉蟲身體表面披有堅(jiān)固的甲殼,在個(gè)體發(fā)育過程中經(jīng)歷多次脫殼生長(zhǎng),所以它們?cè)诘貙又羞z留下的化石數(shù)量比其他生物要多;其次,寒武紀(jì)海洋中很少有比三葉蟲更大、更兇暴的動(dòng)物和它生活在一起,因此它們能夠迅速繁衍,廣泛分布;此外,三葉蟲化石大多保存在質(zhì)地細(xì)致的石灰?guī)r或頁巖中,因此,不僅外殼的特征能夠被觀察得很清楚,而且有時(shí)其內(nèi)部構(gòu)造也能被看得很清晰。
三葉蟲的主要特征表現(xiàn)在它的背殼構(gòu)造,其頭部中央有一個(gè)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(diǎn)綴,還有的具有為數(shù)不等的橫溝。這些橫溝被稱為“頭鞍溝”。頭鞍兩側(cè),一般有成對(duì)的眼睛。沿眼睛的前后有一條溝,稱為“面線”,這是三葉蟲成長(zhǎng)過程中借以脫殼鉆出身體的地方。頭部腹面的前端有一對(duì)分節(jié)的觸須,既是行動(dòng)器官,又是感覺器官。觸須的后面是攝食的口,通常蓋著“唇瓣”?趦蓚(cè)有許多細(xì)小而分節(jié)的行動(dòng)器官——附肢,附肢上有細(xì)密的纖毛,大概可以起到呼吸的作用。
三葉蟲的胸部分節(jié),多者達(dá)十幾節(jié),少者只分兩節(jié)。各節(jié)之間以覆瓦狀(即像房頂?shù)耐咂粯右黄帛B在另一片的上面)關(guān)聯(lián)起來,便于卷曲活動(dòng)。三葉蟲腹面兩側(cè)有為數(shù)眾多的分節(jié)附肢,附肢上具有纖毛,因此這些附肢也兼負(fù)行動(dòng)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(cè)的肋葉部,其形態(tài)多樣;尾部的邊緣有的帶刺,有的不帶刺。
三葉蟲的生活習(xí)性是多種多樣的,化石中最多的一類是保存在石灰?guī)r或頁巖中,可見當(dāng)時(shí)它們大多生活在淺海底或游移于淤泥之上。它們有的稍能游泳,有的隨水漂流。志留紀(jì)中期的齒蟲類,整個(gè)身體幾乎被密密的長(zhǎng)刺包圍,這些長(zhǎng)刺對(duì)于它們?cè)谒镉斡緛碚f是一種強(qiáng)有力的推進(jìn)器,因此可以推測(cè)它們是游泳的能手;同時(shí),這些長(zhǎng)刺也是抵御天敵的有效武器。這種類型的三葉蟲主要是出現(xiàn)于奧陶紀(jì)到泥盆紀(jì)時(shí)期,當(dāng)時(shí)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(qiáng)它的游泳能力和御敵的武器,它們?cè)鯓釉谀莻(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中繼續(xù)生存繁衍呢?
奧陶紀(jì)的某些三葉蟲,如寶石蟲、斜視蟲、隱頭蟲等還發(fā)展了卷曲的能力,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;它們還可以鉆進(jìn)淤泥以保護(hù)其柔軟的腹部器官,這樣,一方面便于御敵,另一方面也可以以類似于尺蠖那樣的伸曲的方式推動(dòng)身體前進(jìn)。
對(duì)于三葉蟲的個(gè)體發(fā)育過程,科學(xué)家通常是通過采集同一層位中同一種個(gè)體的不同生長(zhǎng)階段的標(biāo)本來研究的。三葉蟲的個(gè)體發(fā)育,大致劃分為三個(gè)時(shí)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(jié),直徑大約為0.24-1.3毫米。中年期蟲體頭部和尾部已經(jīng)分開,胸節(jié)也已經(jīng)發(fā)育,但是節(jié)數(shù)比成年期少一節(jié)。成年期蟲體的胸部與尾部節(jié)數(shù)增加到了極限,蟲體增大,殼上的刺、瘤等附加物均出現(xiàn)了。
三葉蟲自從在寒武紀(jì)早期出現(xiàn)以后,在整個(gè)系統(tǒng)演化中各部主要構(gòu)造特點(diǎn)也逐漸發(fā)生相應(yīng)的變化,這些變化規(guī)律主要有下列幾方面:1、頭鞍形態(tài)的變化:寒武紀(jì)早期的原始三葉蟲的頭鞍形態(tài)多為長(zhǎng)圓錐形,凸起也不顯著。往后到了寒武紀(jì)中期以后,頭鞍逐漸縮短,兩側(cè)趨向平行,成為圓柱形,甚至有的成為了球形。到了寒武紀(jì)晚期及以后的三葉蟲,甚至頭鞍與其兩側(cè)的頰部分界也不清楚了。2、面線后支所在位置的變化:早期三葉蟲的面線后支(即眼睛之后的那段面線)終點(diǎn)常與頭部的后邊緣或兩頰角相交;往后到了奧陶紀(jì)以后的類型,則常與頭部的兩旁側(cè)緣上相交。3、眼的變化:某些三葉蟲的眼睛。早期是新月形的,隨后逐漸變小,最后消失。另一類復(fù)眼比較發(fā)達(dá)的三葉蟲,眼睛則由小變大,最后會(huì)出現(xiàn)眼柄,眼睛則長(zhǎng)在高高聳起的眼柄頂端上。志留紀(jì)的許多三葉蟲就屬于這一類。4、身體周圍長(zhǎng)刺的變化:寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)的三葉蟲很少長(zhǎng)刺,而志留紀(jì)及其以后的類型長(zhǎng)刺較為多見,而且刺比以前的也更加復(fù)雜。5、胸節(jié)由多變少,尾部由小變大,頭鞍上的橫溝由多到少等等趨勢(shì)也在許多類型的三葉蟲中顯示出來。
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