在美國的一個洞穴中發現的一具木乃伊爬行動物化石提供了有關旱地呼吸演化的新細節。該標本屬於 Captorhinus aguti 物種，可以追溯到大約 2.89 億年前，二疊紀初期。研究人員檢查了該動物的特殊保存情況，其中包括三維皮膚、鈣化軟骨和微量蛋白質。
這種材料使得重建這種小型蜥蜴類爬蟲類的呼吸系統成為可能。這種結構代表了羊膜動物中肋骨輔助呼吸的最古老的例子，羊膜動物包括爬行動物、鳥類、哺乳動物及其共同祖先。
俄克拉荷馬州洞穴保存完好
該化石來自俄克拉荷馬州理查茲馬刺附近的洞穴系統。該遺址因其上古生代陸生脊椎動物的多樣性而聞名。石油散發出的碳氫化合物、超礦化水和細粘土等特定條件創造了有利於木乃伊化的環境。
這些因素不僅保護骨骼，也保護軟組織。其中一個標本呈現死亡姿勢，一隻手臂交叉在身體下方。三維保存可以在不破壞材料的情況下進行詳細分析。
科學家在澳洲的一個設施中應用了中子電腦斷層掃描。影像顯示了骨骼周圍的精細結構。皮膚呈現出帶有同心帶的鱗片狀紋理，類似於某些現代穴居蜥蜴的皮膚。
肋骨呼吸系統重建
一起研究了 Captorhinus aguti 的三個標本。他們暴露了分段的軟骨胸骨、胸骨肋骨以及胸腔和肩帶之間的連接。研究人員首次在原始爬行動物中清楚地觀察到這些關係。
分析顯示透過肋骨抽吸進行呼吸。在這種情況下，肋骨之間的肌肉擴張並壓縮胸腔，將空氣移入肺部。這種機制與兩棲類使用的機制不同，兩棲動物更依賴嘴巴和皮膚的移動。
肋部呼吸可以實現更有效的氣流。它透過更有效地吸收氧氣和消除二氧化碳來支持更高水平的活動。化石中發現的系統被認為是現代爬行動物、鳥類和哺乳動物中肋骨輔助呼吸的祖先條件。
- 軀幹和頸部周圍保留三維皮膚
- 胸骨和肋骨鈣化軟骨
- 骨骼和軟組織中原始蛋白質的痕跡
- 連接胸腔和肩帶的結構
- 皮膚上有鱗片狀紋理，有同心帶
保存的蛋白質違反了化石化的預期
除了呼吸系統解剖學之外，化石還保留了蛋白質的殘留物。它們比之前的化石記錄還要早近一億年。透過同步加速器紅外光譜進行檢測。
這些痕跡出現在骨頭、軟骨和皮膚中。保育擴大了人們對化石記錄中能夠長期保存的內容的了解。這項發現改變了人們對古代軟組織的期望。
對於實現陸地生命的意義
Captorhinus aguti 是最早充分探索陸地環境的羊膜動物之一。這些原始爬行動物體長從幾厘米到幾米，當時分佈廣泛。
肋呼吸的創新代表著重要的一步。與兩棲動物相比，它允許更積極和更具競爭力的生活方式。具有這種系統的動物可以在陸地上更好地分散和多樣化。
這些化石存放在多倫多皇家安大略博物館。它們仍然可用於未來的研究。這項工作涉及來自多倫多大學、哈佛大學等機構的團隊以及圖像分析的國際合作。
分析的技術細節
高解析度掃描有助於繪製內部結構圖，而不會損壞樣本。中子斷層掃描根據原子特性區分材料。組織學補充了影像數據。
骨骼重建顯示了胸腔與肩部的關係。這些聯繫對於理解呼吸和運動方面至關重要。該研究於 2026 年 4 月發表在《自然》雜誌。