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中英科學家揭示寒武紀早期節肢動物多樣面目

文章來源:光明日报 张勇   發布時間:2019-09-11  【字號:     】  

寒武紀澄江生物群中的高肌蟲化石。左:朵氏小昆明蟲;中:陳氏昆陽蟲;右:印第安蟲。資料圖片

  日前,Nature出版集团子刊Communications Biology(通讯生物学)在线发表了题为“寒武纪早期不同高肌虫附肢结构的差异揭示了干群真节肢动物躯体模式的多样化”的研究論文。该論文由云南大学云南省古生物研究重点实验室侯先光研究团队与中國科學院、英国莱斯特大学、牛津大学、曼彻斯特大学的同行共同完成。研究者对世界自然遗产“澄江生物群”中的高肌虫类化石进行了全新的形态学研究,取得了新的重要认识,揭示了寒武纪早期节肢动物多样的面目。

  節肢動物是顯生宙以來地球上物種多樣性最高的動物門類。在漫長的地史時期,大多數曾經生活在地球上的節肢動物都由于殘酷的生存競爭而滅絕,但地層中豐富的化石記錄仍見證著這些已成曆史的物種多姿多彩的過往。高肌蟲(分類學上爲高肌蟲目)就是一類生活于寒武紀到早奧陶世的節肢動物,它們在中國西南部的寒武紀早期地層中尤爲繁盛。在大多數地層中,高肌蟲均只保存有外殼,軟軀體腐爛殆盡,僅在雲南澄江生物群等少數特異埋藏的化石庫中,才有附肢結構保存。因爲外殼與介形蟲相似,長期以來高肌蟲被認爲是介形蟲中的一類。雲南大學侯先光研究員等人通過對保存軟軀體的高肌蟲化石進行了研究,提出它們不屬于介形蟲,使學術界對于高肌蟲分類有了新認識,也影響了對于介形蟲這一重要的甲殼動物類群演化曆史的認識。

  过去,由于个体小、身披坚硬的外壳,高肌虫的大多数附肢结构难以研究、不为人知。高精度X射线计算机断层扫描技术(显微CT技术)的应用,为揭开这一谜团提供了机遇。研究人员分别使用上海英华检测公司的GE Phoenix Nanotom M型X射线扫描仪和卡尔蔡司的Xradia 520 Versa型X射线显微镜,对产自云南澄江生物群的体长仅数毫米、附肢精细结构以微米尺度保存的三种高肌虫标本——朵氏小昆明虫、陈氏昆阳虫和印第安虫进行了扫描和三维形态重构,获得了令人惊叹的、精美的形态学信息。结果显示,这三种高肌虫的附肢结构存在巨大的差异。其中,昆明地区最常见的高肌虫——朵氏小昆明虫具有12对附肢,包括1对单支型触角、4对具有两排内叶的双分支型附肢、5对具有一排内叶的双分支型附肢以及2对形态特异且互不相同的单支型尾部附肢,其附肢组成为1+4+5+1+1。个体略小、较为少见的陈氏昆阳虫则具有13对附肢,包括1对单支型触角、3对各不相同的双分支型头部附肢、8对具有短小外肢和发达的内叶的双分支型附肢和一对短粗、具不发达内叶的单支型尾部附肢,其附肢组成为1+1+1+1+8+1。此外,研究人员还发现了一枚此前未在澄江生物群中报道过的印第安虫(未定种)标本,它具有12对附肢,包括一对单支型触角和11对内叶及其上刚毛十分发达的触角后附肢,其附肢组成为1+11。在上述3种高肌虫中,陈氏昆阳虫的附肢排布模式近似于有颚类,是一种高度进化的类型;印第安虫的附肢排布模式与叶足、奇虾和大附肢节肢动物等相近,是一种十分原始的类型;朵氏小昆明虫的附肢排布模式则十分独特,在节肢动物大家族中难以找到相似型。

  研究結果顯示,不同高肌蟲之間,附肢模式的差異遠遠超出高肌蟲作爲目一級的分類單元所能囊括的範疇,而已經達到亞門級別的差異。這說明,過去以介殼形態爲基礎而進行的寒武紀節肢動物的分類學工作,由于未能全面地涵蓋軟軀體形態信息而存在嚴重偏頗,極大地低估了早期節肢動物,尤其是雙瓣殼類節肢動物的物種多樣性。研究也從另一個方面表明,早期節肢動物已經通過進化輻射,獨立地演化出各種各樣的身體形態,以適應和占據不同的生態環境。




(責任編輯:侯茜)

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