深吸一口氣，感受肋骨擴張，胸腔擴大。這個簡單而有節奏的動作，是歷經近 3 億年的生物遺產，而我們終於有了證據來證明這一點。古生物學家最近揭示了一個小型爬蟲類化石，這一發現正在重寫陸地動物如何征服地球的歷史。這種生物名為 Captorhinus aguti，約在 2.89 億年前的早二疊紀時期死於美國奧克拉荷馬州的 Richards Spur 洞穴中。由於氧氣缺乏的泥土與古老油氣滲漏的奇特混合，該化石得以三維保存，這一獨特環境保護了脆弱的軟組織，如皮膚和軟骨，這些組織通常會隨時間消失，讓標本保持在自然死亡的姿勢中。
該化石揭示了已知最古老的肋骨呼吸系統的證據，展示了爬行動物、鳥類和哺乳動物今天呼吸的祖先機制。該研究的共同負責人、哈佛大學有機與進化生物學系的博士生 Ethan Mooney 表示，Captorhinus 是一種有趣的小型爬蟲類生物，對於理解早期爬行動物的進化至關重要。儘管其體型僅幾英寸，但這具木乃伊化石中的有機分子幾乎比之前的記錄保持者——一種恐龍，還要早 1 億年。
在這項新研究中，研究團隊運用了先進的中子計算機斷層掃描技術（nCT）來非侵入性地觀察化石，揭示了一層保存良好的、類似手風琴質地的皮膚包裹在動物的軀幹周圍。這項高科技成像技術，加上對另外兩個標本的研究，使得研究人員能夠重建早期爬行動物的第一完整呼吸器官。研究人員發現了一個完整的胸部組件，包括分段的軟骨胸骨和多層的肋骨，這些肋骨直接固定在肩膀上，展示了這些古代爬蟲類如何過渡到現代陸地動物所使用的複雜肋骨驅動呼吸方式。
這一發現突顯了從兩棲類動物無效呼吸向更強大的肋骨吸氣系統的重大進化轉變。在此之前，早期的兩棲類動物像水一樣吞嚥空氣，使用喉嚨將氧氣泵入肺部，這是一個耗費精力且效率低下的過程，限制了動物的活動。Captorhinus 改變了這一規則。通過使用肌肉向外拉動肋骨，它創造了一個真空，將空氣深吸入肺中，這被稱為肋骨吸氣。這是一個巨大的升級，更多的氧氣意味著更多的能量，使它們能夠狩獵、奔跑，並在兩棲類親戚無法生存的嚴酷內陸環境中繁榮。
研究的共同作者、多倫多大學的 Robert R. Reisz 教授表示，我們提出 Captorhinus 中發現的系統代表了現存爬行動物、鳥類和哺乳動物中肋骨輔助呼吸的祖先狀態。這種小型爬行動物代表了幾乎所有當今陸生脊椎動物的祖先藍圖。無論是翱翔於天空的老鷹，還是在草原上衝刺的獵豹，或者是坐在辦公桌前的人類——我們都在使用 Captorhinus 在二疊紀的黑暗奧克拉荷馬洞穴中首創的肋骨驅動引擎。
這些標本目前在多倫多的皇家安大略博物館進行策展，並持續向全球科學社群開放進行研究。研究結果於 4 月 8 日發表在《自然》期刊上。
