【生物考古】三億年前的魚眼

■科學家發現在一個三億年前的魚類化石眼睛,居然還完整地保留了視桿細胞和視錐細胞的構造。這個發現顯示,早在三億年前,魚類的世界可能就是彩色的了。

現生鰕虎(Photo credit: Brian Gratwicke, CC BY 2.0)
現生鰕虎(Photo credit: Brian Gratwicke, CC BY 2.0)

撰文|黃貞祥

科學家已知5億2千萬年前,動物就演化出了眼睛,只是從未能瞭解遠古的眼睛有多精細,因為眼睛和腦等軟組織非常易腐化。過去保留眼睛外觀的,主要是鈣化的三葉蟲化石。

這是史上首次在脊椎動物化石的眼睛中發現感光細胞。該化石在美國堪薩斯州被發現,過去該處為一個潟湖,當地出土的化石之所以能夠保存良好,是因為潟湖的沉積物快速地掩埋了死去的動物,加上細菌的作用,在眼睛外覆蓋了一層磷酸鹽薄膜,讓三億年前的眼睛免於再繼續腐敗。

視網膜的感光神經元分為視桿細胞和視錐細胞。顧名思義,視桿細胞呈棒狀,視錐細胞呈錐狀。視錐細胞(cone cell)是一種色覺和強光感受細胞,視錐細胞主要分佈在視網膜中央黃斑的位置,少量分佈在視網膜邊緣。視錐細胞有三種:紅視錐、綠視錐和藍視錐細胞,分別感應紅光,綠光和藍光。我們看到的各種色彩是由這三種顏色混合調合而成的;視桿細胞(rod cell),主要分布在視網膜中心周圍,較視錐細胞對光更敏感,幾乎主要全部用於夜視力,並作為外圍視力的支持。人類一隻眼睛的視網膜平均有約600萬~700萬的視錐細胞和1億2500萬個視桿細胞。

三億年前的Acanthodes bridgei化石(From Tanaka G, et al. Nat Commun. 2014 Dec 23;5:5920)
三億年前的Acanthodes bridgei化石(From Tanaka G, et al. Nat Commun. 2014 Dec 23;5:5920)

日本熊本大學沿岸域環境科學教育研究中心的田中源吾等人,利用掃瞄式和穿透式電子顯微鏡觀察了眼睛中的視桿細胞和視錐細胞。視桿細胞和視錐細胞都需要靠色素來吸收光線,他們分析了化石眼睛的化合物,也發現了黑色素的遺跡。除了眼睛,魚鰓和其他部位的色素也保存良好。

這個該魚類是一種學名為Acanthodes bridgei的已絕種物種,屬於棘魚綱。可是牠的眼睛和大小身型相似的現生鰕虎頗為相似,桿細胞和錐細胞的比例差不多,顯示A. bridgei可能也是日行性的,生活在鹹淡水淺水域。這個發現發表在《自然通訊》(Nature Communications)。

原學術論文:
Tanaka G, et al. Mineralized rods and cones suggest colour vision in a 300 Myr-old fossil fish. Nat Commun. 2014 Dec 23;5:5920. doi: 10.1038/ncomms6920.

參考來源:
Bethany Brookshire. Fossil fish eye has 300 million-year-old rods and cones. ScienceNews. December 23, 2014.
Deborah Netburn. In fossilized fish eye, rods and cones preserved for 300 million years. LA Times. December 23, 2014.
Brooks Hays. Rods and cones preserved in ancient fossilized fish eye. UPI. December 23, 2014.

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作者:黃貞祥 現於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育 生物學研究。科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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