科學家揭開寒武紀泛甲殼類起源之謎

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，發現了泛甲殼類動物內部構造。

節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稱)又是節肢動物中最為繁盛的族群。盡管科學家們根據DNA分子鐘推算，認為泛甲殼類在早寒武世已經出現，然而相關的化石證據長久以來僅局限于早寒武世磷酸鹽質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及其發育成熟狀態的關鍵鑒定特征一直成謎。產自中國云南澄江生物群的多節耳材村蟲(Ercaicunia multinodosa)化石，為揭開這一謎團提供了證據。

多節耳材村蟲是一種具有一對外殼和魚尾狀尾部的節肢動物，發現并報道于上世紀九十年代?；趥鹘y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，而由于外殼的遮蓋和圍巖的包埋，其附肢細節一直不為人知，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，觀察到了多節耳材村蟲保存完好的19對附肢及其令人驚艷的形態細節。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肢動物由三片骨片圍繞而成的肛門結構。在由顯微CT這一前沿技術所揭示的多節耳材村蟲的眾多特征中，第二觸角、特化的大顎和小顎、附肢髖節上著生的“上肢”結構，是泛甲殼類動物的主要鑒定特征，為把多節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，在泛甲殼類從節肢動物其他原始類群分離之初即已發生。

“世界自然遺產”澄江生物群自從20世紀80年代由侯先光發現以來，產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”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學觀察，主要局限在利用光學顯微鏡等傳統成像技術所進行的表面的、二維的觀察上，對化石標本內部所埋藏的形態特征則鮮有涉足。自2014年以來，以劉煜為代表的研究人員創新性地把顯微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、重要的形態特征，從而使澄江動物化石的研究，尤其是澄江節肢動物化石的研究進入了一個全新的、由二維到三維、獲得的形態學信息迅猛增加的新階段。據侯先光介紹，顯微CT技術的運用，使得科學家對許多動物化石的形態和它們在動物譜系樹上的位置“產生了革命性的認識”，使用顯微CT技術發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構的驚人保存狀況。

(本報記者 張勇)