科學(xué)家揭開(kāi)寒武紀(jì)泛甲殼類(lèi)起源之謎

近日，美國(guó)《細(xì)胞》出版集團(tuán)子刊《當(dāng)代生物學(xué)》在線(xiàn)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(guó)劍橋大學(xué)Javier Ortega-Hernández博士、美國(guó)麻省理工學(xué)院Joanna Wolfe博士、卡爾蔡司X射線(xiàn)顯微鏡高級(jí)資深應(yīng)用專(zhuān)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(lèi)動(dòng)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(lèi)動(dòng)物起源于早寒武世，發(fā)現(xiàn)了泛甲殼類(lèi)動(dòng)物內(nèi)部構(gòu)造。

節(jié)肢動(dòng)物是寒武紀(jì)至今地球上物種多樣性最高的動(dòng)物門(mén)類(lèi)，而泛甲殼類(lèi)(昆蟲(chóng)和甲殼動(dòng)物組成的進(jìn)化單譜系群的統(tǒng)稱(chēng))又是節(jié)肢動(dòng)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(lèi)在早寒武世已經(jīng)出現(xiàn)，然而相關(guān)的化石證據(jù)長(zhǎng)久以來(lái)僅局限于早寒武世磷酸鹽質(zhì)化石中保存的幼蟲(chóng)和中、晚寒武世小碳化石中保存的零星碎片，早期泛甲殼類(lèi)的成蟲(chóng)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(guó)云南澄江生物群的多節(jié)耳材村蟲(chóng)(Ercaicunia multinodosa)化石，為揭開(kāi)這一謎團(tuán)提供了證據(jù)。

多節(jié)耳材村蟲(chóng)是一種具有一對(duì)外殼和魚(yú)尾狀尾部的節(jié)肢動(dòng)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(duì)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(lèi)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(jí)別的X射線(xiàn)三維成像技術(shù)(顯微CT)，透過(guò)厚厚的外殼和圍巖，觀(guān)察到了多節(jié)耳材村蟲(chóng)保存完好的19對(duì)附肢及其令人驚艷的形態(tài)細(xì)節(jié)。這其中包括一對(duì)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(duì)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(lèi)節(jié)肢動(dòng)物由三片骨片圍繞而成的肛門(mén)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(chóng)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(lèi)動(dòng)物的主要鑒定特征，為把多節(jié)耳材村蟲(chóng)鑒定為泛甲殼類(lèi)遠(yuǎn)祖一錘定音。本研究不但證實(shí)了泛甲殼類(lèi)動(dòng)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(lèi)從節(jié)肢動(dòng)物其他原始類(lèi)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(lái)，產(chǎn)出了大量舉世驚嘆的精美化石，為研究眾多動(dòng)物門(mén)類(lèi)的早期演化、研究“寒武紀(jì)大爆發(fā)”的過(guò)程和機(jī)制，提供了一個(gè)又一個(gè)珍貴素材。然而一直以來(lái)，對(duì)澄江動(dòng)物化石的形態(tài)學(xué)觀(guān)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(guān)察上，對(duì)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(lái)，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(jiàn)的、重要的形態(tài)特征，從而使澄江動(dòng)物化石的研究，尤其是澄江節(jié)肢動(dòng)物化石的研究進(jìn)入了一個(gè)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(duì)許多動(dòng)物化石的形態(tài)和它們?cè)趧?dòng)物譜系樹(shù)上的位置“產(chǎn)生了革命性的認(rèn)識(shí)”，使用顯微CT技術(shù)發(fā)表的關(guān)于澄江動(dòng)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(jí)別的精細(xì)結(jié)構(gòu)的驚人保存狀況。

(本報(bào)記者 張勇)