澄江動(dòng)物群發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代環(huán)節(jié)動(dòng)物
近日,西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系張志飛教授課題組聯(lián)合英國(guó)杜倫大學(xué)馬丁·史密斯(Martin Smith),對(duì)寒武紀(jì)早期澄江化石庫(kù)中的澄江擬管蟲(chóng)(Iotuba chengjiangensis)研究取得重大成果。研究人員發(fā)現(xiàn),該化石為地球已知最早的隱居型環(huán)節(jié)動(dòng)物(環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)多毛綱下的一個(gè)亞綱),該發(fā)現(xiàn)將環(huán)節(jié)動(dòng)物冠群類(lèi)—蟄龍介蟲(chóng)目的化石記錄前推至少2億年。
在生物譜系上,所謂“冠群”(crown group),即所有現(xiàn)生類(lèi)群成員的最近共同祖先及其后裔)。與之相對(duì)的則是“干群”,即在冠群之外,但又與該冠群有更密切譜系關(guān)系,且已絕滅的生物類(lèi)群。
寒武紀(jì)澄江擬管蟲(chóng)的模擬復(fù)原圖。
該研究同時(shí)表明,有些現(xiàn)生動(dòng)物門(mén)類(lèi)的大多數(shù)類(lèi)型,如環(huán)節(jié)動(dòng)物可能并不在特異型化石(指化石保存狀況好,一般生物的器官構(gòu)造和軟組織都能保存)保存的環(huán)境中繁盛或生活。因此,特異型化石庫(kù)并不能完全揭示地球生命演化的歷史過(guò)程,尚需其他環(huán)境化石的約束和補(bǔ)充,這為進(jìn)一步探索現(xiàn)生動(dòng)物類(lèi)群的化石空白提供新的思路和啟示。
相關(guān)研究成果倫敦時(shí)間2月1日正式發(fā)表于《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊B》。
據(jù)介紹,地球生命有38億年的歷史。長(zhǎng)期研究認(rèn)為,寒武紀(jì)生物大爆發(fā)誕生了地球動(dòng)物樹(shù)的基本框架,衍生了現(xiàn)代動(dòng)物門(mén)類(lèi)的根,4.8億年之后的奧陶紀(jì)各門(mén)類(lèi)的綱、目、科、屬、種不同動(dòng)物類(lèi)群才大量出現(xiàn),導(dǎo)致地球動(dòng)物樹(shù)才開(kāi)始枝繁葉茂。目前地球上的動(dòng)物大概有38個(gè)動(dòng)物門(mén)類(lèi)。
這其中,環(huán)節(jié)動(dòng)物作為現(xiàn)代重要的動(dòng)物門(mén)類(lèi),在海洋和陸地上都十分常見(jiàn),主要以大家熟知的蚯蚓、沙蠶和螞蟥最為常見(jiàn)。之前有研究認(rèn)為,環(huán)節(jié)動(dòng)物已出現(xiàn)在寒武紀(jì)早期,主要隸屬環(huán)節(jié)動(dòng)物干群或者古環(huán)節(jié)動(dòng)物亞門(mén)。據(jù)最新的研究,環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)存在或起源于隱居綱祖先,現(xiàn)代的扇毛蟲(chóng)(俗稱(chēng)籠頭蟲(chóng))就屬于這個(gè)類(lèi)群,但缺乏早期化石記錄。
澄江擬管蟲(chóng)于1997年被發(fā)現(xiàn)于我國(guó)云南澄江化石庫(kù)。由于其身體前部有成圈的刺狀結(jié)構(gòu),澄江擬管蟲(chóng)被認(rèn)為是最早的帚蟲(chóng)動(dòng)物,但一直缺乏系統(tǒng)描述和研究。
基于西北大學(xué)早期生命研究所長(zhǎng)期積累的15枚標(biāo)本,張志飛團(tuán)隊(duì)對(duì)澄江擬管蟲(chóng)化石進(jìn)行了重新研究。研究發(fā)現(xiàn),該動(dòng)物呈蠕蟲(chóng)型,包括圓柱形的軀干和可伸縮的前區(qū)(即吻部)。吻的基部周?chē)L(zhǎng)有束狀長(zhǎng)刺,繞軀干前部周?chē)h(huán)狀分布。吻部可收縮和膨脹。膨脹時(shí)表面具有明顯的瘤突,收縮后瘤突通常并不可見(jiàn)
軀干表面瘤突比吻部表面的瘤刺或者鉤狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈,凸起較大。軀體表面的瘤突總體呈現(xiàn)三角錐狀,頂部迅速變細(xì),或直或彎曲。身體內(nèi)中空,有體腔,體腔內(nèi)有消化道,消化道前邊形成一個(gè)漏斗形或鱗球形的前腸區(qū)(咽腔),咽部之下為腸道,腸道向下,部分膨大,向后變細(xì),肛門(mén)位于蠕蟲(chóng)身體的后末端,兩側(cè)發(fā)育線狀的腺體。
澄江擬管蟲(chóng)的軀干、束狀刺、翻吻及鰓征的復(fù)原圖。
澄江擬管蟲(chóng)因?yàn)樯眢w前邊發(fā)育成圈的刺而被解釋為最早的帚蟲(chóng),新的研究發(fā)現(xiàn)這些刺與帚蟲(chóng)的觸手不同,是束狀和櫛狀分布的,可以伸縮和內(nèi)卷到身體前端,身體前端發(fā)育伸縮的吻部,吻部上長(zhǎng)有成對(duì)的瓣鰓用于取食,這些與現(xiàn)代的扇毛蟲(chóng)類(lèi)具有最大的相似性,張志飛說(shuō)。
他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,現(xiàn)代的扇毛蟲(chóng)在海底表面沉積取食,其腸道分布與澄江擬管蟲(chóng)的腸道形態(tài)也比較一致。
除了化石形態(tài)上對(duì)比,該研究還整合了現(xiàn)代環(huán)節(jié)動(dòng)物的形態(tài)和分子數(shù)據(jù)進(jìn)行支序分析,結(jié)合貝葉斯分析、最大使然法和簡(jiǎn)約法多種方法進(jìn)行分析,雖然不同分析方法產(chǎn)生的結(jié)果并不完全相同,但所有分析都高度支持澄江擬管蟲(chóng)+扇毛蟲(chóng)分支,表明該化石代表地球已知最早的扇毛蟲(chóng)(俗稱(chēng)籠頭蟲(chóng))。
“扇毛蟲(chóng)類(lèi)的分析結(jié)果表明,澄江擬管蟲(chóng)屬于高度演化的冠群環(huán)節(jié)動(dòng)物,隸屬于隱居型的絲鰓蟲(chóng)中的扇毛蟲(chóng)。”張志飛表示,因?yàn)樯让x(chóng)系統(tǒng)位置較高,其它譜系類(lèi)群在它們出現(xiàn)前應(yīng)該已經(jīng)發(fā)生輻射,據(jù)此推測(cè)環(huán)節(jié)動(dòng)物的諸多類(lèi)群在澄江動(dòng)物時(shí)期已經(jīng)高度多樣化。
澄江擬管蟲(chóng)的軀干和翻吻特征。
張志飛表示,如果推測(cè)冠群環(huán)節(jié)動(dòng)物在寒武紀(jì)多樣性已經(jīng)很高,但其化石卻十分稀少,這似乎存在很大矛盾。究其原因,一種可能是冠群環(huán)節(jié)動(dòng)物生活的環(huán)境并不適宜特異型化石保存。如果這樣,說(shuō)明寒武紀(jì)特異型化石庫(kù)保存的化石類(lèi)型并不能完全代表寒武紀(jì)全部的生命群落面貌。
此外,澄江擬管蟲(chóng)的研究將環(huán)節(jié)動(dòng)物的輻射從分子生物學(xué)研究推測(cè)的奧陶紀(jì),前推到地球顯生宙的起始——寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期,表明環(huán)節(jié)動(dòng)物冠輪類(lèi)原口動(dòng)物在寒武紀(jì)第三階之前已經(jīng)大量出現(xiàn),該研究首次將更環(huán)節(jié)動(dòng)物亞門(mén)的祖先前推至寒武紀(jì)早期。該研究和發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了中國(guó)科學(xué)院院士舒德干提出的地球動(dòng)物樹(shù)三幕式成型新假說(shuō),即地球動(dòng)物三大亞界、四大超門(mén)在5.6-5.2億年的前寒武紀(jì)-寒武紀(jì)界限附近以基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物和后口動(dòng)物三幕式依次出現(xiàn)的過(guò)程,顯現(xiàn)了寒武紀(jì)大爆發(fā)的突發(fā)性和階段性的特點(diǎn)。
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