泥盆纪舌形三叶虫具有独特的超复眼

三叶虫是已灭绝的节肢动物,在古生代动物群中占主导地位。自从5.23亿年前它们出现以来,它们就配备了精巧的复眼。虽然大多数三叶虫都有对位复眼,可与今天生活的许多甲壳类动物和昆虫的复眼相媲美,但三叶虫亚目的复眼却是三叶虫Phacopina生活在3.9亿年前发展了所谓的schizochroal眼睛-非典型的大眼睛,镜片很宽,眼睛之间的间隙很宽。新的研究表明,这些复眼是高度复杂的系统——超复眼在每个大晶状体下面隐藏着一个单独的复眼。

Phacops geesops,一种生活在泥盆纪的三叶虫;这种动物的眼睛由200个单透镜组成,横跨6个小平面,每个小平面又构成了一只眼睛。图片来源:Brigitte Schoenemann。

眼镜虫属geesops,一种生活在泥盆纪的三叶虫;这种动物的眼睛由200个单透镜组成,横跨6个小平面,每个小平面又构成了一只眼睛。图片来源:Brigitte Schoenemann。

“大多数三叶虫都有复眼,与今天仍在昆虫中发现的复眼相似:眼睛中有大量的六角形面。通常在每个面下有8个感光器,”科隆大学(University of Cologne)动物、神经生物学/动物生理学和生物教育系(Department of Animal, Neurobiology/Animal Physiology and Biology Education德赢ac米兰官方区域合作伙伴)的研究员布丽吉特·舍内曼(Brigitte Schoenemann)博士和她的同事们说。

“就像电脑屏幕上由单个像素组成的图像一样,图像也是由单个面组成的。蜻蜓有多达1万个独立的平面。”

“为了产生连贯的图像,平面必须非常接近,并由神经元连接。”

“然而,在三叶虫亚目中,复眼的外部可见晶状体要大得多,直径可达1毫米以上。此外,它们之间的距离也更远了。”

在这项新研究中,舍内曼博士和合著者分析了威廉·Stürmer拍摄的x射线图像。威廉·Stürmer是业余古生物学家,也是20世纪70年代化石x射线分析的先驱。

研究人员发现,舌形三叶虫裂色眼内的面数少于大多数三叶虫眼内的面数,但直径可达2毫米以上,且间距较宽。

他们发现,在每个大晶状体下面都有一个完整的小复眼,所以总的来说,就形成了一个超复眼,在一个眼睛系统中有几十个复眼,在某些情况下,一个眼睛系统中有数百个复眼。

舌形三叶虫视觉单位的结构。图片来源:Schoenemann等人,doi: 10.1038/s41598-021-98740-z。

舌形三叶虫视觉单位的结构。图片来源:Schoenemann, doi: 10.1038 / s41598 - 021 - 98740 - z。

“每个幻影鱼都有两只眼睛,一只在左边,一只在右边,”舍内曼博士说。

“每只眼睛由大约200个1毫米大小的晶状体组成。”

“在每个晶状体下面,依次放置至少6个平面,每个平面又合在一起组成了一个小复眼。”

“我们每只眼睛大约有200个复眼(每个晶状体下有一个复眼)。这些副面要么排成一个环,要么排成两个环。”

“下面是一个泡沫状的巢,可能是一个处理信号的小神经网络。”

根据研究小组的说法,舌形三叶虫的超复眼可能是对低光条件下生活的进化适应。

“由于其高度复杂的视觉器官,它可能比普通三叶虫的眼睛对光线更加敏感,”舍内曼博士说。

“眼睛的各个组成部分也有可能执行不同的功能,例如,增强对比度或感知不同颜色。”

“到目前为止,这样的眼睛只在三叶虫亚目Phacopina中发现过,”她说。

“这在动物王国里是独一无二的。在进化过程中,这个眼睛系统没有延续下去,因为三叶虫亚目Phacopina在3.6亿年前的泥盆纪末期灭绝了。”

这一发现被报道在在《科学报告

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b . Schoenemann.2021.泥盆纪菱形三叶虫中3.9亿年前的超复眼。Sci代表11, 19505;doi: 10.1038 / s41598 - 021 - 98740 - z

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