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研究發(fā)現(xiàn)澄江生物群化石蘊含節(jié)肢動物演化史

科技日報 | 2020-07-01 10:08:52

節(jié)肢動物是顯生宙以來地球上物種多樣性最高的動物門類。自寒武紀以來,它們就活躍在這個星球上,大附肢類真節(jié)肢動物是其中一個重要的門類。但一直以來,大附肢類真節(jié)肢動物如何演化以及與現(xiàn)生遠親之間的關系,還存在諸多未知。

近日,云南大學古生物研究院云南省古生物研究重點實驗室劉煜、侯先光、翟大有等研究員與哈佛大學副教授哈維爾·奧爾特加-埃爾南德斯等人組成的研究團隊于《當代生物學》在線發(fā)表合作的論文《寒武紀大附肢類真節(jié)肢動物中不完全發(fā)育的口板》,為揭示寒武紀澄江節(jié)肢動物腿肢構造的發(fā)育生物學研究打開了新的窗口。

澄江生物群化石蘊含節(jié)肢動物演化史

在漫長的地球歷史時期,由于各種原因,大多數(shù)曾經(jīng)在地球上生活過的節(jié)肢動物物種已紛紛滅絕,幸存者則逐漸演化為今天的蜘蛛、蝎子等螯肢動物,蜈蚣、馬陸等多足動物,以及蝦、蟹、昆蟲等泛甲殼動物。

在云南昆明附近,古生物學者為之癡迷的寒武紀澄江生物群地層中,保存了大量呈特異埋藏的化石標本。這些看似普通的“石頭”,記錄了距今5.18億年前的寒武紀大爆發(fā)時期,節(jié)肢動物等諸多后生動物門類曾有過的繁盛景象。

1984年7月,侯先光研究員發(fā)現(xiàn),這些層層疊疊的古老化石,為揭示5億多年前的寒武紀大爆發(fā)提供了極其珍貴的證據(jù)。已入選“世界自然遺產(chǎn)”的澄江生物群,被譽為“二十世紀最驚人的科學發(fā)現(xiàn)之一”,為早期生命科學研究開辟了一個重要的創(chuàng)新領域。

多年來,研究者們對澄江化石的形態(tài)學觀察,主要局限于使用光學顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術對化石表面上所保存的二維結構的觀察上,而保存在化石標本內(nèi)部的動物身體結構信息,只能通過耗時且具破壞性的鋼針修理等方法進行研究。

正因為如此,研究者對早期節(jié)肢動物身體許多重要的精細結構,如口板是否真正存在這一科學問題,只能通過分支分析等方法進行推測。即便推測準確,研究者們也無法對這類精細結構的真實形態(tài)進行展示。

迷人林喬利蟲幼蟲的口板可能發(fā)育不完全

在繼2016年于國際權威學術期刊美國《國家科學院院報》發(fā)文報道2毫米長迷人林喬利蟲幼蟲后,中美研究團隊把目光投向了新的手段——顯微CT技術,大大突破了以往僅能對動物個體發(fā)育過程中背甲結構的大小及形態(tài)變化進行觀察的局限。

為實現(xiàn)對化石進行無損且任意角度的高精度復原與觀察,他們在高精度顯微CT的幫助下,通過計算機三維軟件“魔幻之手”對澄江節(jié)肢動物身體的精細結構進行模型虛擬解剖,分離出身體的各部分結構。研究團隊首次清晰地揭示了寒武紀大附肢類節(jié)肢動物——迷人林喬利蟲頭部保存的口板等精細結構。此項研究的對象,是該物種的兩枚呈三維立體保存的幼蟲化石,體長僅為5毫米和7毫米。

研究發(fā)現(xiàn),迷人林喬利蟲在體長僅為5毫米的幼蟲期,眼睛后長有一個明顯的口板,口板表面還長有一對小突起。通過使用開源計算機三維復原軟件,研究人員對一枚體長僅為7毫米的迷人林喬利蟲幼蟲化石的大附肢進行擦除后發(fā)現(xiàn),其口板在頭部所占的比例有所減小,說明口板結構在該物種的個體發(fā)育進程中,有可能存在不完全發(fā)育的現(xiàn)象。“以往使用傳統(tǒng)的手段,是無法觀察和研究這一細微結構的。”劉煜說。

此外,它們還對動物頭部進行了縱向數(shù)碼切割,發(fā)現(xiàn)了該口板結構下往體內(nèi)延伸的狹窄咽部通道,這與在該物種的成蟲標本上觀察到的情況一致。

隨后,他們將化石數(shù)據(jù)與現(xiàn)生節(jié)肢動物胚胎發(fā)育數(shù)據(jù)進行了對比研究,發(fā)現(xiàn)迷人林喬利蟲作為螯肢類節(jié)肢動物在寒武紀時期的代表,已經(jīng)進化出明顯的、與現(xiàn)生的蜘蛛、蝎子等節(jié)肢動物口板同源的結構。

而現(xiàn)生節(jié)肢動物中普遍存在的這一位于口前的突起的口板構造,在5.18億年前的干群螯肢動物中就已出現(xiàn)。這一分析結果,為古生物學界、進化生物學界認識長久以來深受困擾的節(jié)肢動物頭部問題提供了直接的化石證據(jù)。

研究人員還討論了寒武紀“明星”奇蝦等射齒類動物身體結構中,可能存在與真節(jié)肢動物口板同源的結構。“射齒類動物的大爪肢是否是真節(jié)肢動物口板的同源結構,是我們下一階段要解決的科學問題。”劉煜說。

  • 標簽:澄江生物,化石,節(jié)肢動物

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