科學(xué)家揭開寒武紀(jì)泛甲殼類起源之謎

　　近日，美國《細胞》出版集糰子刊《當(dāng)代生物學(xué)》線上發(fā)表了雲(yún)南大學(xué)雲(yún)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康橋大學(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)用專家曹春傑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(shù)應(yīng)用澄江化石研究，證實了泛甲殼類動物起源於早寒武世，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化單譜係群的統(tǒng)稱)又是節(jié)肢動物中最為繁盛的族群。儘管科學(xué)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(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)鍵鑒定特徵一直成謎。産自中國雲(yún)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)並報道于上世紀(jì)九十年代。基於傳統(tǒng)的研究手段，學(xué)界對其認知僅局限于外殼、軀幹後部和尾的外部形態(tài)，而由於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(xué)和進化學(xué)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(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)耳材村蟲的眾多特徵中，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徵，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於早寒武世，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。

　　“世界自然遺産”澄江生物群自從20世紀(jì)80年代由侯先光發(fā)現(xiàn)以來，産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)特徵則鮮有涉足。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)特徵，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(xué)資訊迅猛增加的新階段。據(jù)侯先光介紹，顯微CT技術(shù)的運用，使得科學(xué)家對許多動物化石的形態(tài)和它們在動物譜係樹上的位置“産生了革命性的認識”，使用顯微CT技術(shù)發(fā)表的關(guān)於澄江動物化石的一系列高水準(zhǔn)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結(jié)構(gòu)的驚人保存狀況。

　　(本報記者 張勇)