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节肢动物起源之谜再添重要实证
发布时间:2020-11-20     作者:冯伟民   来源:科普时报   分享到:

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麒麟虾正模标本(中国科学院南京地质古生物研究所供图)

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麒麟虾形态复原(中国科学院南京地质古生物研究所供图)

麒麟虾是由中国科学院南京地质古生物研究所科学家在我国云南五亿多年前的澄江动物群中发现的一种罕见的节肢动物化石,其身体造型奇异,类似中国传统神话中“四不像”瑞兽“麒麟”,因而被命名为麒麟虾(Kylinxia)。

麒麟虾生活在5亿多年前的浅海地区,它呈虾形,长有五只眼睛,头部嵌合了节肢动物祖先类型的形态构造,包括寒武纪怪物——奥帕宾海蝎特(Opabinia)头部的五只眼睛,以及寒武纪巨型顶级捕食动物——奇虾(Anomalocaris)的掠食性附肢。

中国科学院南京地质古生物研究所研究团队借助包括扫描电镜元素分析在内的多种技术手段,对麒麟虾化石进行了精细的解剖学研究,论证了神经组织和消化系统等在化石中通常难以保存的软躯体结构。同时,通过比较解剖学研究发现,麒麟虾的身体具有明显的真节肢动物特征,比如硬化的表皮、愈合的头壳、多节的躯干和分节的腿肢,以及具有现在熟知的节肢动物(如无处不在的蚊、虫、虾、蟹)的多种特征。所以,麒麟虾嵌合了节肢动物祖先类型和真节肢动物的形态特征,是一种罕见的嵌合动物。

自上世纪八十年代发现澄江动物群以来,寒武纪生命大爆发的神秘面纱正在逐渐解开。科学家采集到了数十万计的化石,成为揭秘和复原寒武纪时代生物界的辉煌最可靠的证据。

尤其可贵的是,澄江动物群是演化“中间环节”的伟大宝库。一群包括抚仙湖虫、澄江虾和山口虾在内的“中间环节”化石,在以多腿缓步类为代表的节肢动物叶足状祖先与包括现生节肢动物在内的真节肢动物之间架起了桥梁。以海口虫为代表的“中间环节”化石,证实了其已脱离了无脊椎动物,开始向脊椎动物演变。海口鱼的发现表明脊椎动物已进入有头类的进化轨道。新的动物灭绝门类——古虫动物门则代表了后口动物的根系类群,是原口动物和后口动物之间的过渡类型。

澄江动物群中,节肢动物占据了主导地位,其特殊脱壳生长方式和分节的外骨骼是节肢动物演化的起跑点,为其多样化的演化奠定了基础。从寒武纪大爆发开始,节肢动物便是自那以来地球上最为成功的动物之一。它繁衍出了包括蝴蝶、螃蟹、蜈蚣、蜘蛛,以及已灭绝的三叶虫在内的丰富多样类型。它们都具有硬化的表皮和分节的身体,以分节的附肢为特征,像感觉用的触角、捕食用的钳子、行走用的腿。

一百多年来,关于节肢动物起源的问题,一直是生物进化研究的一个重要科学难题,吸引并困扰着一代又一代的科学家。澄江动物群中数量丰富的节肢动物保存了精细的生物解剖学信息,为解答“节肢动物起源之谜”提供了宝贵的化石证据。这些化石吸引了古生物学、比较解剖学、发育生物学和演化生物学等多学科领域的关注,成为当今生物进化的研究热点之一。然而,数十年来,有关这些化石在节肢动物起源和早期演化中的位置,以及它们之间的谱系关系也是争议不休。

中国科学院南京地质古生物研究所研究团队,基于对中国澄江动物群和加拿大布尔吉斯页岩数万块节肢动物化石的多年观察研究,通过整合“节肢动物起源和早期演化”领域的20多个形态数据集,编码了该领域最新的一个包括81个分类群和283个性状的数据矩阵,采用多种模型和参数进行了演化树重建。

谱系发生分析结果一致表明,麒麟虾化石的演化位置处于真节肢动物的最根部,介于奇虾类和其他真节肢动物之间。因此,麒麟虾代表了节肢动物起源过程中的关键过渡类型,它首次填补了从奇虾类到真节肢动物之间巨大的演化空白。其愈合的头部、硬化的表皮、分节的腿肢,为真节肢动物一系列关键演化创新的起源,提供了重要参考点。

同时,麒麟虾的研究也为解析寒武纪真节肢动物之间的谱系关系提供了最新线索。例如,抚仙湖虫类或等刺虫类曾被认为是真节肢动物的原始类型。麒麟虾的发现和新的谱系分析改变了这些认识,支持了大附肢类和螯肢类是真节肢动物中更基干的类型,而等刺虫类、全足类(包括三叶虫)和抚仙湖虫类则属于朝有颚类演化的支系。

显然,麒麟虾化石为澄江动物群“中间环节”化石库又增添了一个重要类型,它架起了从奇虾演化到真节肢动物的中间桥梁,为填补节肢动物起源过程中关键的缺失环节,提供一个至关重要的化石证据。


(作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京古生物博物馆名誉馆长、中国科普作家协会副理事长)

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