像我们这样的古生物学家已经习惯了研究那些在许多生物学家看来很奇怪的生物化石。当我们进一步追溯地球的历史，这些化石看起来就更奇怪了。它们没有尾巴、腿、骨架、眼睛……任何能帮助我们理解这些生物在生命树中所处位置的特征。在这种情况下，古生物学的研究变得非常困难。

 

这个问题在埃迪卡拉纪最为明显，从6.35亿年前持续到5.41亿年前。这一时期的一组奇特的、完全软体的化石被统称为埃迪卡拉生物群。尽管经过了近70年的仔细研究，古生物学家仍未发现其中的关键特征，以便我们了解这些生物与现代动物的关系。埃迪卡拉纪生物中明显存在的形式在很大程度上是独一无二的，我们对它们在进化史上的地位还没有更进一步的了解。

 

我们不去寻找那些能让我们把这些生物体硬塞进已知动物群体的特征，而是采取了一种不同的方法。它依赖于一种叫做计算流体动力学的技术，这种技术可以让我们逆向工程这些生物如何在海洋环境中生存。

 

神秘的化石

 

埃迪卡拉纪标志着地球历史上的一个关键时期;在它的开始是最后一个所谓的“雪球地球”事件-插曲持续数百万年，当我们的星球的整个表面被冰覆盖。它进入了随后的寒武纪地质时期，见证了我们今天所认识的许多动物群的首次出现。这就是通常所说的寒武纪大爆发。

 

当埃迪卡拉纪发现大型复杂化石时，研究人员自然会认为其中许多化石代表了在寒武纪被发现的同一动物类群的早期亲属。但这些埃迪卡拉动物似乎与现代动物完全不同。

 

例如，rangeomorphs是一组具有独特分形结构的叶状和马特状生物体，由一系列分枝的“叶子”元素构成，每个“叶子”元素都有几厘米长，每个“叶子”元素本身都由更小的、相同的“叶子”元素组成。

 

另一种是三臂虫，是一种小的半球形生物，有三个凸起的分枝，分枝在生物的顶部相接，并以逆时针方向向边缘弯曲。

 

那么像这样的怪人是如何适应之前的和之后的呢?我们只是没能把它们放在任何进化树上。

 

为了更好地了解这些生物，古生物学家不得不采取一种不同的方法。我们已经放弃了所有关于它们可能相关的假设，而是试图回答更基本的问题。比如，他们搬家了吗?它们是如何进食的?它们是如何繁殖的?通过回答这些问题， ，我们可以开始了解它们的生物学和生态学，这反过来又可能为这些生物如何与其他多细胞生命形式相关联提供线索。这就是我们开始逆向工程埃迪卡拉生物群的方法。

 

模拟流体动力学来逆向工程化石

 

我们掌握的最重要的技术之一是计算流体动力学(CFD)，这是一种利用计算机模拟物体周围流体流动的方法。

 

使用这种方法的原理在于观察现代海洋中的生物。我们知道,许多(如果不是全部的话)动物生活在浅海洋环境适应性进化了,让他们接触和操作电流,要么减少阻力,防止他们被冲走了(想想帽贝和藤壶),或帮助喂养(认为海百合,海葵和可怕的珊瑚)。所以我们可以通过研究有机体在流动的液体中的行为来了解它的生物学和生态学。

 

有了现代物种，研究人员可以研究活体动物周围的流体流动。但是对于已经灭绝了5亿年以上的生物，如埃迪卡拉生物，使用CFD进行虚拟模拟是唯一的方法。

 

我们是这样做的。首先，我们获得一个化石的数字三维模型，并将其放入一个虚拟水槽中。然后，我们模拟水在数字化石周围流动。通过观察生物体周围的流动和再循环模式，我们可以检验关于生物体如何运动和进食的假设。借助埃迪卡拉生物群这样神秘而又晦涩的东西，这些洞见可能会让我们更接近于理解它们是什么。

 

我们最近对神秘的埃迪卡拉化石帕尔凡科瑞纳的研究就是这种方法的一个例子。Parvancorina是一种外表简单的盾状生物，体长一般为1-2厘米，顶部表面有一系列锚状突起。尽管有各种各样的解释，大多数科学家认为它是固定在海底的，我们称之为固着的。没有人见过帕尔凡科瑞纳保留下来的四肢，也从未在化石痕迹或小径中发现过。

 

我们决定通过建立这两种已知的parvancorina物种的三维模型来验证这个想法，然后使用CFD来观察它们独特的表面结构如何影响不同方向的流体流动模式。我们的结果显示，模型周围的水流模式因水流方向的不同而有很大的不同。

 

假设Parvancorina是一个悬浮喂食器，我们的结果表明，只有当它朝向单一特定方向时，它才能很好地捕获海水中的食物。如果你像埃迪卡拉生物群的其他成员一样，是一个无柄悬浮喂食器，这显然是个坏消息。如果你依靠电流将含有营养物质和食物颗粒的水送到你的嘴里或喂食器，你希望无论电流以何种方式流动，都能发生这种情况。如果你被困在一个地方，而当前的情况发生了变化，如果你只能从一个方向收集食物，那你就有问题了。任何其他貌似合理的喂养方式——例如，觅食——也意味着这些动物有一种流动的生活方式。

 

我们还使用这些模拟来计算不同方向的阻力。虽然在Parvancorina中谈论前端和后端有点问题(因为我们甚至不能分辨它是否有类似于头部和尾部的东西)，但我们通常认为盾端是前端。我们发现，与侧置相比，侧置时Parvancorina所经历的阻力通常较低。如果你是一个无柄生物，这也是一个坏消息，因为它让你在强大的水流中容易被从沉积物中撕裂。