2.89億年前的“木乃伊”化石揭示肋骨呼吸的最早證據(jù)

這種名為大鼻龍（Captorhinus aguti）的生物，大約在2.89億年前（早二疊世）死于美國(guó)俄克拉荷馬州理查茲山的一處洞穴中。

深吸一口氣。感受一下肋骨的擴(kuò)張，胸腔的隆起。這個(gè)簡(jiǎn)單而富有節(jié)奏的動(dòng)作，是一份歷經(jīng)近3億年演化而來的生物遺產(chǎn)，而我們終于有了能證明它的“木乃伊”。

古生物學(xué)家近日展示了一具形似小蜥蜴的化石，它正在改寫陸地動(dòng)物如何征服地球的教科書。

這種名為大鼻龍（Captorhinus aguti）的生物，大約在2.89億年前（早二疊世）死于美國(guó)俄克拉荷馬州理查茲山的一處洞穴中。

得益于缺氧的淤泥與遠(yuǎn)古石油滲出混合而成的奇特環(huán)境，它以三維立體形態(tài)被“木乃伊化”了。

這種獨(dú)特的環(huán)境保護(hù)了通常在漫長(zhǎng)歲月中會(huì)消失的脆弱軟組織，例如皮膚和軟骨，使得標(biāo)本保持著死亡時(shí)的自然姿態(tài)被凍結(jié)下來。

卓越的保存狀態(tài)

這塊化石揭示了已知最古老的肋式呼吸系統(tǒng)證據(jù)。它展示了羊膜動(dòng)物——即現(xiàn)生爬行動(dòng)物、鳥類和哺乳動(dòng)物——如今呼吸方式的祖先機(jī)制。

“大鼻龍是一種外形酷似蜥蜴的有趣生物，對(duì)于理解早期羊膜動(dòng)物的演化至關(guān)重要，”該研究的共同負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)有機(jī)體與進(jìn)化生物學(xué)系博士生伊桑·穆尼說。

盡管體型僅有幾英寸長(zhǎng)，但這具木乃伊化的化石所含有的有機(jī)分子，比之前的記錄保持者——一種恐龍——還要早近1億年。

在這項(xiàng)新研究中，團(tuán)隊(duì)使用了先進(jìn)的中子計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（nCT）對(duì)化石內(nèi)部進(jìn)行了無損檢測(cè)。

掃描結(jié)果揭示了一層保存極為完好、具有“手風(fēng)琴般紋理”的皮膚包裹著這只動(dòng)物的軀干。

這種高科技成像技術(shù)，結(jié)合對(duì)另外兩件標(biāo)本的研究，使得研究人員能夠重建出早期羊膜動(dòng)物的首個(gè)完整呼吸系統(tǒng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)完整的胸部結(jié)構(gòu)，包括分節(jié)的軟骨胸骨和多層肋骨，這些肋骨將胸廓直接錨定在肩部。

這展示了這些古代爬行動(dòng)物是如何過渡到現(xiàn)代陸地動(dòng)物所使用的、復(fù)雜的、由肋骨驅(qū)動(dòng)的呼吸方式的。

肋骨輔助呼吸

這一發(fā)現(xiàn)凸顯了從兩棲動(dòng)物效率低下的呼吸方式向更強(qiáng)大的肋式抽吸系統(tǒng)演化的重大轉(zhuǎn)變。

在此之前，早期的兩棲動(dòng)物像喝水一樣吞咽空氣，利用喉嚨將氧氣泵入肺部。這是一個(gè)費(fèi)力且低效的過程，限制了動(dòng)物的活動(dòng)能力。而大鼻龍改變了這一規(guī)則。

它通過使用肌肉將肋骨向外拉伸，創(chuàng)造出真空，將空氣深深吸入肺部。這被稱為肋式抽吸。這是一次巨大的升級(jí)。更多的氧氣意味著更多的能量。

更多的能量使它們能夠在惡劣的內(nèi)陸環(huán)境中捕獵、奔跑和繁衍，而它們的“兩棲類表親”卻無法追隨其腳步。

“我們認(rèn)為，在大鼻龍身上發(fā)現(xiàn)的這一系統(tǒng)，代表了現(xiàn)存爬行動(dòng)物、鳥類和哺乳動(dòng)物中那種肋骨輔助呼吸方式的祖先狀態(tài)，”該研究的共同作者、多倫多大學(xué)的羅伯特·R·賴斯教授表示。

這只小小的爬行動(dòng)物，幾乎是今天你能見到的每一種陸生脊椎動(dòng)物的“祖先藍(lán)圖”。

無論是天空中翱翔的鷹隼，熱帶草原上沖刺的獵豹，還是正坐在書桌前的你——我們都在使用由大鼻龍?jiān)诙B紀(jì)時(shí)期俄克拉荷馬州一處黑暗洞穴中開創(chuàng)的、由肋骨驅(qū)動(dòng)的“引擎”。

目前，這些標(biāo)本被收藏在多倫多皇家安大略博物館，供全球科學(xué)界進(jìn)行持續(xù)研究。

該研究成果于4月8日發(fā)表在《自然》期刊上。

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