科學(xué)家揭開寒武紀(jì)泛甲殼類起源之謎

近日，美國《細(xì)胞》出版集團(tuán)子刊《當(dāng)代生物學(xué)》在線發(fā)表了云南大學(xué)云南省古生物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室翟大有副研究員(第一作者)、劉煜研究員(通訊作者)、侯先光研究員與英國劍橋大學(xué)Javier Ortega-Hernández博士、美國麻省理工學(xué)院Joanna Wolfe博士、卡爾蔡司X射線顯微鏡高級資深應(yīng)用專家曹春杰工程師共同完成的研究論文《早寒武世一種泛甲殼類動物呈三維保存的附肢》。此項(xiàng)研究成果首次將顯微CT技術(shù)應(yīng)用澄江化石研究，證實(shí)了泛甲殼類動物起源于早寒武世，發(fā)現(xiàn)了泛甲殼類動物內(nèi)部構(gòu)造。

節(jié)肢動物是寒武紀(jì)至今地球上物種多樣性最高的動物門類，而泛甲殼類(昆蟲和甲殼動物組成的進(jìn)化單譜系群的統(tǒng)稱)又是節(jié)肢動物中最為繁盛的族群。盡管科學(xué)家們根據(jù)DNA分子鐘推算，認(rèn)為泛甲殼類在早寒武世已經(jīng)出現(xiàn)，然而相關(guān)的化石證據(jù)長久以來僅局限于早寒武世磷酸鹽質(zhì)化石中保存的幼蟲和中、晚寒武世小碳化石中保存的零星碎片，早期泛甲殼類的成蟲形態(tài)及其發(fā)育成熟狀態(tài)的關(guān)鍵鑒定特征一直成謎。產(chǎn)自中國云南澄江生物群的多節(jié)耳材村蟲(Ercaicunia multinodosa)化石，為揭開這一謎團(tuán)提供了證據(jù)。

多節(jié)耳材村蟲是一種具有一對外殼和魚尾狀尾部的節(jié)肢動物，發(fā)現(xiàn)并報(bào)道于上世紀(jì)九十年代?；趥鹘y(tǒng)的研究手段，學(xué)界對其認(rèn)知僅局限于外殼、軀干后部和尾的外部形態(tài)，而由于外殼的遮蓋和圍巖的包埋，其附肢細(xì)節(jié)一直不為人知，從而其分類學(xué)和進(jìn)化學(xué)歸屬一直懸疑。本研究使用精度達(dá)到微米級別的X射線三維成像技術(shù)(顯微CT)，透過厚厚的外殼和圍巖，觀察到了多節(jié)耳材村蟲保存完好的19對附肢及其令人驚艷的形態(tài)細(xì)節(jié)。這其中包括一對特化為鉤狀的第二觸角、為取食而特化為大顎和小顎的第三及第四對附肢、具有葉片狀“上肢”(epipodite)的雙分支型胸部附肢等。除此之外，本研究還首次完整地揭示了該類節(jié)肢動物由三片骨片圍繞而成的肛門結(jié)構(gòu)。在由顯微CT這一前沿技術(shù)所揭示的多節(jié)耳材村蟲的眾多特征中，第二觸角、特化的大顎和小顎、附肢髖節(jié)上著生的“上肢”結(jié)構(gòu)，是泛甲殼類動物的主要鑒定特征，為把多節(jié)耳材村蟲鑒定為泛甲殼類遠(yuǎn)祖一錘定音。本研究不但證實(shí)了泛甲殼類動物起源于早寒武世，還表明，第二觸角和口部附肢的特化、上肢的形成，在泛甲殼類從節(jié)肢動物其他原始類群分離之初即已發(fā)生。

“世界自然遺產(chǎn)”澄江生物群自從20世紀(jì)80年代由侯先光發(fā)現(xiàn)以來，產(chǎn)出了大量舉世驚嘆的精美化石，為研究眾多動物門類的早期演化、研究“寒武紀(jì)大爆發(fā)”的過程和機(jī)制，提供了一個又一個珍貴素材。然而一直以來，對澄江動物化石的形態(tài)學(xué)觀察，主要局限在利用光學(xué)顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術(shù)所進(jìn)行的表面的、二維的觀察上，對化石標(biāo)本內(nèi)部所埋藏的形態(tài)特征則鮮有涉足。自2014年以來，以劉煜為代表的研究人員創(chuàng)新性地把顯微CT這一技術(shù)應(yīng)用到澄江化石的研究中，揭示了大量前所未見的、重要的形態(tài)特征，從而使澄江動物化石的研究，尤其是澄江節(jié)肢動物化石的研究進(jìn)入了一個全新的、由二維到三維、獲得的形態(tài)學(xué)信息迅猛增加的新階段。據(jù)侯先光介紹，顯微CT技術(shù)的運(yùn)用，使得科學(xué)家對許多動物化石的形態(tài)和它們在動物譜系樹上的位置“產(chǎn)生了革命性的認(rèn)識”，使用顯微CT技術(shù)發(fā)表的關(guān)于澄江動物化石的一系列高水平論文，不但展示了這一技術(shù)在古生物研究中的巨大潛力，也展示了澄江生物化石微米級別的精細(xì)結(jié)構(gòu)的驚人保存狀況。

(本報(bào)記者 張勇)