据美媒4月11日报道，用肋骨呼吸感觉再正常不过，以至于人们很容易忘记这是一种“发明”。胸腔扩张，肺部充气，氧气流入——无需大口吞咽，无需喉咙抽动，也无需依靠湿润的皮肤与空气进行气体交换。但这种以肋骨驱动的呼吸方式必定有起源。
《自然》杂志的一项新研究指出，一种体型微小的生物是最早的“先驱”之一：卡普林鳄（，这是一种生活在约2.89亿年前的小型蜥蜴状羊膜动物。
这具化石是在美国俄克拉何马州的一个洞穴系统中发现，且呈木乃伊状保存。它不仅保留了骨骼，还保留了古生物学家在这个时代几乎从未见过的皮肤、软骨，甚至还有古老蛋白质的痕迹。这些组织共同揭示了羊膜动物（包括爬行动物、鸟类、哺乳动物及其共同祖先）中最古老的肋式呼吸实例，展示了它们是如何呼吸的。
卡普林鳄来自理查兹斯普尔，这是俄克拉何马州一个在古生物学家中颇有名气的遗址，因其保存了大量晚古生代陆地动物的记录而闻名。该洞穴系统呈现了那个时代生命异常多样的画面。
此次发现之所以格外引人注目，是因为环境保存了动物的身体：缺氧的泥浆和碳氢化合物等条件，防止了组织坍塌和腐烂。因此，研究人员发现的不是扁平的印记，而是更接近天然“木乃伊”的东西——一只以逼真姿态冻结的小动物，一只手臂蜷缩在身体下方。为了在不损坏化石的情况下进行研究，研究团队在澳大利亚的一个设施使用了中子计算机断层扫描，这让他们能像进行医学扫描一样透过周围的岩石进行观察。
当研究团队开始分析扫描数据时，他们意识到化石中存在的远不止骨骼。“我开始看到围绕在骨骼周围的所有这些结构。它们非常薄且有纹理。瞧，在这只动物的躯干周围有一层很好的皮肤包裹着，”伊桑·穆尼说，他在多伦多大学罗伯特·R·赖兹教授的实验室工作时共同领导了这项研究。“这种有鳞的皮肤有着美妙的手风琴状纹理，同心环带覆盖了从躯干到颈部的大部分身体。”
这种“手风琴”图案特别有趣，因为它类似于现代穴居爬行动物（如蠕虫蜥）身上看到的灵活、环状鳞片。这种身体设计能让动物弯曲和扭转身体而不会撕裂皮肤，但皮肤并非主要发现。研究团队检查了三具卡普林鳄标本，它们共同保存了一套在如此古老的化石中很少能看到的胸部结构。
在一具标本中，研究团队识别出分段的软骨胸骨、与胸骨相关的肋骨、中间肋骨以及将肋骨笼与肩部区域连接起来的结构。这种组合很重要，因为它让科学家能够重建通常在时间中遗失的东西：早期羊膜动物整个呼吸装置的组装方式。“我们认为，在卡普林鳄身上发现的这种系统代表了现存爬行动物、鸟类和哺乳动物中肋辅助呼吸的祖先状态，”赖兹说。因此，这种小小的二叠纪爬行动物可能展示了后来演变成从奔跑的蜥蜴到飞翔的鸟类再到人类冲刺等各种生物呼吸机制的基本布局。
在羊膜动物出现之前，占主导地位的陆地脊椎动物是类似爬行动物的动物，它们部分通过皮肤呼吸，并使用口喉抽吸的方法将空气送入肺部。这种系统可行，但不太适合需要在陆地上高度活跃的动物。肋间呼吸——即肋骨之间的肌肉扩张和压缩胸腔的系统——效率更高。它能吸入更多空气，更有效地交换气体，并支持更高的活动水平。“这是一种改变游戏规则的机制，让这些动物能够采用更加积极活跃的生活方式，”穆尼说。这种额外的氧气容量或许有助于解释一个更广泛的历史模式。一旦羊膜动物（包括早期爬行动物的祖先）拥有了在陆地上更强大地生活和呼吸的工具，它们就迅速多样化，最终成为占主导地位的陆地脊椎动物。
这具化石不仅保存了解剖结构。研究人员还使用基于同步辐射的红外光谱，在化石的骨骼、软骨和皮肤中检测到了原始蛋白质的残留物。“蛋白质残留物的发现非常特殊，它极大地拓展了我们对化石记录中软组织保存可能性的理解，”穆尼说。这是一个重大发现，因为古生代的化石通常太古老，无法保留任何类似原始有机分子的东西。这项研究表明，在合适的条件下，化石记录可能保存着比科学家此前认为的更久远时间的生物化学线索。
卡普林鳄并非像恐龙那样体型巨大，也不是引人注目的“缺失环节”骨架。它体型小巧、普通，可能是那种曾经在灌木丛中悄无声息地穿梭的小动物。但得益于非凡的保存状态，它如今正在帮助解释一些根本性的问题。它展示了早期羊膜动物如何将呼吸变成陆地生命的强大引擎——以及同样的基本设计如何至今仍在驱动着我们每一次肋骨的起伏。
（原文标题：Every breath humans take can be traced back to this mummified reptile that died in a cave 300 million years ago）
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