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远古时期的异界之花——花瓣动物门（Petalnamae）

花匠小妙招
2024-08-15 10:38

Hello，大家好。这里是新人科普up主炽魂Fire。这次，我们将穿过六亿年的历史，来到寒武纪之前的史前伊甸园，见证远古时期那绮丽妖异的世界中，一支支的异界之花——花瓣动物门（Petalnamae）。它们与神秘的前分节动物门（Proarticulata），三裂动物门（Trilbozoa）共同构成了古早那片伊甸园中的神秘精灵，而花瓣动物真是这片古老的异界花园中扮演花朵的存在。当然，本文并不能详细介绍花瓣动物的各个种类，我们将通过几个代表物种，一窥当年盛世的一斑。

埃迪卡拉生物群复原图，后面摇曳的都是花瓣动物

包括埃迪卡拉纪在内的整个前寒武纪，长期以来都被视为是：没有任何宏观生物存在的“荒漠”，所以，科学家一度认为这些埃迪卡拉系的化石实际上是寒武系的——直到1958年的恰尼虫（Charnia，又译为查恩海笔）的首篇描述被发表之前。

梅森恰尼虫（Charnia masoni）复原图，图源自水印

梅森恰尼虫（Charnia masoni）是最早被发现的花瓣动物，同时也是最早被确定为埃迪卡拉生物的化石。它的属名来自于发现它的地点——英国Maplewell群的所在地，查恩伍德森林（Charnwood Forest），而他的种加词来自于它最早的发现者之一：Roger Mason。Mason先生今年已经是82岁高龄，他目前在中国地质大学（武汉）的地球科学学院任教。那个伟大的瞬间发生在他的中学时期：1957年Mason先生在查恩伍德森林中，发现一块石头上，具有一片叶子一样的印痕。并且，他敏锐的认为：这正是一个前寒武纪的生物化石——于是他将化石交给了当时很有名的地质学教授Ford。第二年，该物种被正式发表，标志着埃迪卡拉生物的正式发现。在这之后，世界各地，包括但不限于：英国查恩伍德森林，澳大利亚埃迪卡拉山（Ediacara），加拿大阿瓦隆半岛（Avalon），俄罗斯白海（White sea），中国宜昌等地均发现有此类化石出土。这些发现真真切切地将宏观生命的出现时间提前到了埃迪卡拉纪。

笔者的一块Charnia Masoni正模标本化石模型，由Mason教授赠予

花瓣动物的身体结构与其他动物并不相同：她们通常是由一个基部的固着器（holdfast）与上端的叶状体（frond）所构成。部分种类叶状体具有一个柄（stalk），表现为单轴分枝（Monopodial）——代表为阿瓦隆分形虫（Avalofractus）与查恩盘虫（Charniodiscus）；另一部分类群叶状体并没有一根直上直下的柄，而是以一种类似于合轴分枝（Sympodial）的形态——代表物种就是恰尼虫。

花瓣动物的两种体制模式图

恰尼虫属于花瓣动物门中一个被称为叶形纲（Rangeomorpha）的类群。这一类群由于特殊的分形体制（fractal branching organization）而闻名于世。

模块阿瓦隆分形虫（Avalofractus abaculus）复原图

分形有时也被称为扩展对称，它的意思是是：如果在每次放大后，形状的重复是完全相同的。同时，每一个小部分与整体的关系表现为自相似（self-similar）。模块阿瓦隆分形虫（Avalofractus abaculus）的属名“分形”与种加词“模块”，同时表现出她的这种特性。对这些生物进行分析时，通常将主轴设定为第0级模块，在主轴上长出的分别是第一级模块（first order或primary），第二级模块（second order或secondary），以此类推…

叶形动物（Rangeomorpha）分形结构模式图

单轴分支代表阿瓦隆分形虫be like：

模块阿瓦隆分形虫（Avalofractus abaculus）模式图，示分形结构

合轴分支代表恰尼虫be like：

梅森恰尼虫（Charnia masoni）模式图，示分形结构

于是，这种结构使得叶形动物的生长模式极为单一，几乎不需要任何的分化调控，只需要疯狂的按照同一个模式分裂生长即可。所以，我们可以发现，这些动物已经几乎丧失了任何动物的特征——她们没有消化系统，只是通过身体末端最细小的支滤食生活。她们没有运动与神经系统，只是通过底部的固着器将自己牢牢地埋在菌毯之中——就像一株真正的植物一样。并且与植物类似的是，她们也是不折不扣的构件生物（Modular Organism），即身体的每一部分掉落下来，均可以发育称为一个与原个体一样的部分。毋庸置疑，这些叶形动物就是依靠了这样bug的能力霸占了海底的很多生态位。到现在，几乎所有埃迪卡拉纪生物群的复原图中，这些叶状的花瓣动物都是背景中摇曳的存在。

贝奥图克虫（Beothukis）个体发育模式图，示主轴与1-4级模块

当然，整个花瓣动物门，并非只有叶形纲一个类群。如下图系统树，我们可以发现除了著名的叶形动物，还存在着厄尼埃塔形纲（Erniettomorpha）与树形纲（Arborea）两个纲。

花瓣动物门系统发生树，图源炽魂

厄尼埃塔形纲的物种譬如厄尼埃塔虫（Ernietta），通常没有或有退化的固着器，而且常常无柄。它们的叶状体较为低矮，与叶状生命体相比，它们的叶状体没有自相似的分形结构，而是由一条条管状结构通过滑移对称（Glide reflection）而形成；并且，在管子中间，垂直于各个管子方向具有一条赤道接合缝（equatorial seam）。如果说前面的叶形类动物是埃迪卡拉花园里的大树，那么厄尼埃塔形类就是这个花园里低矮的灌木与蕨草。厄尼埃塔虫就像一个个小杯，被放置在海床之上。厄尼埃塔虫可能是以群居方式生活，流体动力学分析显示它们排列成某种阵列之后，可以进行很好的营养物质输送：变化的水流增强了垂直混合，使下游个体更好获得营养物质。

厄尼埃塔虫（Ernietta）复原图

许多厄尼埃塔形类化石被发现完全被沙子填满——如果它们生前就是如此，很可能可以减少它们代谢的比表面积（S/V），从而使这些动物的代谢效率大大提升。与厄尼埃塔虫类似，双羽蕨虫（Pteridinium）也是这样“躺”在海底。只不过，与它们名字所代表的蕨类植物（Pteridinium来源于Pteridium，有蕨类的意思），它们更像是一条条小船一般，静静的躺在海床上吸收着周边似乎取之不尽的营养。

简单双羽蕨虫（Pteridinium simplex）复原图，示其中的沙子

树形纲（Arboreomorpha）则是相对而言最为正常的一类，代表物种是树形虫（Arbora）和查恩盘虫（Charniodiscus），长期以来它们都被认为是同一物种的不同名称。查恩盘虫（Charniodiscus）是树形纲中最为人熟知的一种，其模式种同心查恩盘虫（Charniodiscus concentricus）的种加词来源于模式种上其固着器留下的具有同心圆的印痕。

同心查恩盘虫（Chaniodiscus concentricus）正模标本，可以看到底部同心圆状印痕

在以往的复原中，它们都是被画作是一个叶状个体——然而去年的文章提出：查恩盘虫与树形虫并不是同一个物种；并指出查恩盘虫很可能是以管状形态存在的！而先前发现的很多叶状化石，有些属于树形虫，有些可能是它们被压扁后留下的痕迹。

时过境迁，约540Ma的一次冰期——Baykonurian之后，埃迪卡拉动物们几乎销声匿迹，花瓣动物也在这次灾难中深受打击。到目前，在寒武系的地层中只发现了寥寥的花瓣动物化石，如曾经被误认为栉水母的美妙春光虫（Stromatoveris psygmoglena），诉说着花瓣动物最后的传奇。在此之后，花瓣动物门便再也没有出现在地层中了。如今的我们，也只能通过地下那一片片如同叶片的怪异印痕，去臆想埃迪卡拉纪的生命盛况了。

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