科學家揭開寒武紀泛甲殼類起源之謎

近日，美國《細胞》出版集團子刊《當代生物學》在線發(fā)表了云南大學云南省古生物研究重點實驗室翟大有副研究員(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Javier Ortega-Hernández博士、美國麻省理工學院Joanna Wolfe博士,、卡爾蔡司X射線顯微鏡高級資深應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》,。此項研究成果首次將顯微CT技術應用澄江化石研究，證實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)部構造,。

節(jié)肢動物是寒武紀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,。盡管科學家們根據(jù)DNA分子鐘推算,，認為泛甲殼類在早寒武世已經(jīng)出現(xiàn)，然而相關的化石證據(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)并報道于上世紀九十年代,?；趥鹘y(tǒng)的研究手段，學界對其認知僅局限于外殼,、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，其附肢細節(jié)一直不為人知,，從而其分類學和進化學歸屬一直懸疑,。本研究使用精度達到微米級別的X射線三維成像技術(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,。在由顯微CT這一前沿技術所揭示的多節(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,，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祖一錘定音。本研究不但證實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“寒武紀大爆發(fā)”的過程和機制，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)學觀察，主要局限在利用光學顯微鏡等傳統(tǒng)成像技術所進行的表面的,、二維的觀察上,，對化石標本內(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這一技術應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入了一個全新的、由二維到三維,、獲得的形態(tài)學信息迅猛增加的新階段,。據(jù)侯先光介紹，顯微CT技術的運用,，使得科學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)生了革命性的認識”,，使用顯微CT技術發(fā)表的關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結(jié)構的驚人保存狀況。

(本報記者 張勇)