古代化石揭示了进化之谜，解开了100年的节肢动物之谜

Burgess Shale concilitergan Helmetia expansia的艺术重建。图片来源：uux.cn/Marianne Collins

（神秘的地球uux.cn）据哈佛大学：一个多世纪以来，寒武纪节肢动物Helmetia expansia一直是个谜。它由古生物学家查尔斯·杜利特尔·沃尔科特于1918年发现，最初被归类为甲壳类动物。尽管在研究论文中经常提到，但该物种从未被正式描述过，只有一个标本被描绘过。

现在，在《系统古生物学杂志》发表的一项新研究中，由哈佛大学生物与进化生物学系博士后Sarah Losso领导的研究人员正式描述了Helmetia expana，为其解剖学、行为和进化关系提供了新的见解。

Helmetia expansia属于一种罕见的早期节肢动物，称为concilitergans，是三叶虫的近亲。与三叶虫不同，concilitergans缺乏钙化的外骨骼，因此它们的遗骸只有在特殊条件下才会变成化石，就像加拿大5.08亿年前的伯吉斯页岩中的化石一样，那里甚至保存了内脏、腿和鳃等软组织。

尽管收集了更多的标本，但只发现了一个Helmetia expana个体，没有研究详细检查其他材料来正式描述该物种或阐明concilitergan进化。

洛索说：“我们需要研究多个标本，以了解该物种的完整形态和保存情况。”。

该团队在史密森学会和安大略皇家博物馆检查了加拿大伯吉斯页岩寒武纪时期的36个标本。他们使用偏振滤光片拍摄了湿标本和干标本，该滤光片可以更好地揭示微妙的特征和灭绝阶段，并将其与中国澄江生物群中发现的相关物种以及格陵兰岛寒武纪早期天狼星通道的一个物种进行了比较。

Helmetia expansia USNM 83952的全息图，背视图。图片来源：uux.cn让-伯纳德·卡隆和莎拉·洛索

Helmetia有一个叶子状的外骨骼，一些标本保留了眼睛、内侧眼睛、消化系统和四肢。早期的节肢动物有四肢，有一条用于运动和捕获食物的步行腿，还有一个用于呼吸的鳃。在正模标本上，只有鳃是可见的——这使得过去的研究人员认为Helmetia没有腿，只能游泳。但是，研究小组在几个标本中发现了宽阔的鳃和行走的腿，表明它们可能像三叶虫一样行走。

更令人惊讶的是，在蜕皮的早期阶段捕捉到了两个标本，这种行为以前从未在concilitergans中记录过。

洛索说：“在任何一个社区中，人们都不知道如何制定模具策略。”。“所有节肢动物都会蜕皮坚硬的外骨骼以生长，但以前没有人在concilitergan中见过这种行为，因为你必须在蜕皮过程中捕捉到标本，而且很难找到合适的时机。”

蜕皮标本显示，新的外骨骼更靠近头部边缘，表明该动物从身体前部退出——类似于马蹄蟹，它们使用前部退出策略，与大多数从身体后部退出的螃蟹不同。

简洁的组织多样性和关系。A、 Arthroaspis bergstroemi，MGUH 30382，来自格陵兰岛天狼星通道的寒武纪早期（第3阶段）。B、 Helmetia expansia，USNM 83952，来自加拿大寒武纪中期（武利安）Burgess页岩。C、 阔马牙，CJHMD 00064，产于中国澄江早寒武世（第三阶段）。D、 Tegopelte gigas，USNM 189201，来自加拿大中寒武纪（武利安）Burgess页岩。E、 基于系统发育分析结果的简化拓扑结构，将Arthroaspis bergstroemi解析为早期分支的concilitergan。图片来源：uux.cn让-伯纳德·卡隆和莎拉·洛索

研究人员还发现，随着Helmetia的成长，成年人的体型也在不断变化。虽然最小的标本只有92毫米长，但有一个超过了180毫米。

洛索说：“这些模式不仅告诉我们这些5.08亿年前的动物是如何生长的，还告诉我们它们能长多大。”。

基于对Helmetia expana形态学的最新解释，研究人员证实了两个主要的helmetiid群：Helmedidae，包括Helmetia extana，以节段边界和侧刺为特征，以及Tegopelidae，其特征是节段融合和缺乏刺。研究人员还将2013年以来在格陵兰岛发现的Arthroaspis bergstroemi归入Conciliterga组。

洛索说：“我们的研究结果更全面地描绘了Helmetia的样子、它是如何生活的，以及Conciliterga是如何相互关联的，这对未来研究concilitega和其他早期节肢动物非常重要。”