《The Science of Nature》：Oldest North American orthostern scorpion from the Carboniferous (Pennsylvanian: Bashkirian) Pottsville Formation of Alabama, USA
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蝎子是一类古老的螯肢动物，其化石记录可追溯至志留纪，并在石炭纪达到报道高峰。大多数石炭纪蝎子来自煤系地层，其中少数标本异常保存了呼吸结构的证据。为了扩充此类材料，研究人员报道了一件来自美国亚拉巴马州联合礼拜堂矿宾夕法尼亚系（巴什基尔阶）波茨维尔组的新的蝎子化石
蝎子是一类古老的螯肢动物，其化石记录可追溯至志留纪，并在石炭纪达到报道高峰。大多数石炭纪蝎子来自煤系地层，其中少数标本异常保存了呼吸结构的证据。为了扩充此类材料，研究人员报道了一件来自美国亚拉巴马州联合礼拜堂矿宾夕法尼亚系（巴什基尔阶）波茨维尔组的新的蝎子化石标本。研究人员证明紫外成像（UV imagery）是研究蝎子化石的有效工具，因为它可以清晰显示外骨骼部分及其他重要的形态结构。该标本显示了可能的胸板内气孔（intrasternal spiracles），表明它是衍生的蝎子下目——正胸目（Orthosterni）的最古老成员之一，并且可能保存了书肺（book lungs）的证据。由于缺乏分类学上重要的特征，如基胸板形态（coxosternal morphologies），研究人员无法将标本鉴定到正胸目以下的分类单元。研究人员使用能量色散X射线光谱（EDS）探索化石的保存状态，确定该标本几乎完全以碳的形式保存，表明其经历了干酪根化作用（kerogenisation）。这一实体化石补充了同一地点归因于蝎子的行走遗迹化石，代表了美国东南部首件蝎子化石，并为煤系地层中蝎子外骨骼经历广泛成岩蚀变提供了更多证据。
研究背景与现存问题
蝎子是古老的螯肢动物（chelicerate）类群，其化石记录至少可追溯到4.35亿年前的志留纪中期，被认为是化石记录中最古老的蛛形纲动物。石炭纪是蝎子形态和分类多样性最高的时期，大多数石炭纪蝎子来自煤系地层。然而，这些化石中只有极少数异常保存了呼吸结构（如书肺和气孔）的证据。关于石炭纪蝎子的高多样性究竟是真实的生物多样性信号，还是煤系地层特殊埋藏条件造成的保存偏差，学界仍在争论。此外，历史上对化石蝎子的过度细分导致了许多单型属和科的产生，大量物种仅基于单一标本描述，且许多古生代蝎子仅依据零散的螯肢指节等残片建立。现有的化石蝎子系统分类框架主要依赖腹面特征（如基胸板形态coxosternal morphology、侧眼形态），而大量标本仅保存背面结构，使得精确分类极为困难。同时，蝎子最早是水生还是陆生的问题至今仍有争议，而正胸目（Orthosterni）——即具有现代矩形胸板（sternite）和胸板内气孔（intrasternal spiracles）构型的蝎子——最早出现在宾夕法尼亚纪，但其早期演化记录尚不充分。
研究目的与意义
为了扩展石炭纪蝎子化石的记录，特别是提供更多关于早期正胸目蝎子和呼吸结构保存的证据，研究人员报道了一件来自美国亚拉巴马州联合礼拜堂矿（Union Chapel Mine）宾夕法尼亚系（巴什基尔阶Bashkirian）波茨维尔组（Pottsville Formation）的新蝎子化石标本。该研究旨在通过多种成像和分析技术，对该标本进行系统古生物学描述，探讨其在蝎子演化中的系统位置，并揭示其保存路径。该标本是美国东南部首件蝎子化石，也是北美已知最早的正胸目蝎子记录，对于限定形态现代蝎子在分子系统发育中的分化时间具有重要意义。同时，该实体化石补充了同一遗址先前归因于蝎子的行走遗迹化石的解释，为理解该古环境中蝎子的存在提供了确凿证据。
关键技术方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
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多模式成像：使用LED照明摄影、闪光摄影以及紫外光（UV）成像对标本的正模和负模进行拍摄，以清晰显示外骨骼轮廓和细微形态结构。
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扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱（SEM-EDS）：在未镀膜的低真空条件下，使用Hitachi S-4700 SEM采集背散射电子图像，并使用Bruker AXS Quantax 4010探测器获取元素分布图谱，分析化石与围岩的元素组成差异。
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形态测量与分析：使用ImageJ软件对标本各部位进行测量，并参照Hjelle（1990）、Prendini（2026）和Soleglad & Fet（2015）的术语体系进行形态描述。
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标本来源：标本（编号UAMRC:Paleo:21967）及其正模和负模分别于2022年4月30日和4月23日采集于美国亚拉巴马州沃克县联合礼拜堂矿的地表松散物中，现存放于阿拉巴马大学博物馆研究与收藏中心（UAMRC）。
研究结果
系统古生物学 Systematic palaeontology
研究人员将标本归入蝎目（Order Scorpiones C.L. Koch, 1850）、新蝎亚目（Suborder Neoscorpionina Thorell & Lindstr?m, 1885）、正胸下目（Infraorder Orthosterni Pocock, 1911），并将其定为正胸目分类位置未定（Orthosterni incertae sedis）。
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鉴定依据：标本存在呼吸气孔（spiracles）和延长的第五体后节（metasoma V），将其归入新蝎亚目。胸板上可见的圆形、位于胸板内的气孔结构（intrasternal spiracles）支持将其归入正胸目。但由于缺乏分类学上关键的腹面特征（如基胸板形态coxosternal morphology、侧眼lateral eyes），无法进一步鉴定到科或属级水平。
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与已知种的区别：该标本与同产于波茨维尔组的另一种蝎子Opsieobuthus pottsvillensis不同，后者胸板后缘具明显叶状突起（lobed），而本研究标本胸板呈矩形。
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保存状态：标本以背面向下的压缩化石形式保存在浅灰色页岩中，缺乏地形起伏。前体部（prosoma）受成岩变形影响严重且不对称。研究者认为该标本可能为蜕皮壳（moult），因为螯肢伸展且身体略呈弯曲状。
描述 Description
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背部前体：头胸甲（carapace）保存较差，呈近方形，具前缘凹口、中纵沟和后缘凹陷。可见一对中等大小的中眼（median ocelli）位于前体约三分之一处，侧眼未保存。
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腹部前体：保存极差，大部分外骨骼缺失，未见栉状器（pectines）。
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螯肢与触肢：螯肢部分保存，处于伸展位置。左触肢可见固定指基部，右触肢仅存固定指。螯肢细长，指节窄长，齿列未观察到。右螯肢可见可能的腹外脊和腹中脊。
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步足：仅右侧第四步足部分保存。
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中体：中体保存良好，背板和腹板界限清晰。腹板IV–VII基本完整。在紫外光下，腹板IV–VI上可见两对平行于身体的明亮荧光线条，内侧线条向外侧弯曲，被解释为书肺（book lungs）的痕迹。同一结构上的深色斑点被荧光外骨骼环绕，被解释为圆形的胸板内气孔（spiracles）。腹板VII无此结构。腹板后缘平直，无叶状突起。
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后体：后体中等到粗壮。前部后体节以印痕保存，后部以后体外骨骼保存。后体节I–IV大小相近，长宽大致相等。后体节V延长，表面可见具颗粒化的脊线（carinae），可能为腹外侧脊。尾刺（telson）可能缺失或折叠在后体节V上。
能量色散X射线光谱结果 EDS Results
对左、右螯肢进行的EDS分析显示，化石相对于围岩显著富集碳（carbon），而镁、钠、氧、硅、钾、铝和铁在化石中亏损。硫、钙和磷在化石和围岩中浓度相似。围岩中氧、铝和硅显著富集，钾和铁中度富集。这表明该化石几乎完全以碳的形式保存，经历了干酪根化作用（kerogenisation）。
讨论 Discussion
古生物学意义
该标本是正胸目在北美早宾夕法尼亚世（巴什基尔阶）的首个记录，也是北美已知最早的正胸目蝎子化石，以及美国东南部的首件蝎子化石。此前，同等古老的完整正胸目蝎子仅有英国中部煤系的Compsoscorpius buthiformis（同样产自巴什基尔阶）。密西西比纪（维宪阶Visean）的东柯克顿采石场也有正胸目状的外骨骼碎片。因此，该记录有助于在系统发育分析中约束形态现代蝎子的分化时间。
与遗迹化石的关联
该实体化石支持了同一遗址此前归因于蝎子的行走遗迹化石（如Octopodichnus和Paleohelcura迹）的解释。标本长约21.9毫米、宽约4毫米，而相关遗迹宽度约为15–22毫米。尽管由于缺乏腿展数据无法确切判断是否为同一个体所留，但遗迹宽度的变化范围可能反映了共存的蝎子不同体型等级。
呼吸结构的保存
该标本在腹板IV–VI上显示了可能的书肺和气孔结构。这类结构在德文纪蝎子中的发现曾被用于论证陆生呼吸器官的古老起源。本标本为此类罕见保存提供了新的实例。
研究结论
研究人员报道了美国亚拉巴马州宾夕法尼亚系（巴什基尔阶）波茨维尔组的一件新蝎子化石，这是美国东南部首件蝎子化石，也是北美已知最古老的正胸目蝎子。紫外成像被证明是研究此类化石的有力工具，能够清晰显示外骨骼边界和细微结构。该标本显示了胸板内气孔，可能还保存了书肺的证据。由于缺乏基胸板等分类学关键特征，研究人员仅将其鉴定至正胸目级别。能量色散X射线光谱分析表明，该化石几乎完全由碳组成，经历了干酪根化作用。该实体化石补充了同一遗址归因于蝎子的行走遗迹化石，并为煤系地层中蝎子外骨骼的广泛成岩蚀变提供了更多证据。
