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中科院團隊新發現!五億多年前化石“麒麟蝦”揭開節肢動物起源之謎

此次發現的“章氏麒麟蝦”,身體兼具5億多年前海洋巨型捕食動物“奇蝦”和節肢動物的多種特征,被譽為寒武紀的“麒麟”,命名為“章氏麒麟蝦”,它是打開節肢動物起源之謎的過渡型物種。中國科學院南京地質古生物研究所研究員黃迪穎介紹:“節肢動物非常常見,比如我們身邊的蜈蚣、蠍子、甲蟲、螞蟻、螃蟹、蜘蛛、蒼蠅、蚊子、小龍蝦,這些都是節肢動物,它有什麽樣具體特征?首先它是有壹個表皮的硬化,叫外骨骼,然後它的身體都是分節的,肢也是分節的,不僅是觸角,還有前附肢,特別重要的是身體有分節的步足。”

地球上的生命經歷了約40億年的漫長演化 歷史 ,直到5億多年前的寒武紀時代,復雜多樣的生命才在地球上突然出現。這壹裏程碑式的重大生命演化事件,被稱為“寒武紀大爆發”。從達爾文開始,“寒武紀大爆發”壹直是困擾科學界的重大科學謎題。達爾文在他的《物種起源》裏就特別提到,復雜動物在寒武紀突然出現是對進化論的巨大挑戰。

1984年,由中國科學院南京地質古生物研究所科學家在雲南發現的“澄江動物群”更加凸顯了“寒武紀大爆發”的突發性,將“達爾文的困惑”推向頂點。因為澄江動物群中化石發現表明,包括脊椎動物在內,幾乎所有現代動物門類在5.2億年前都已經出現了(圖壹)。依據達爾文進化論,想要破解寒武紀大爆發之謎,科學家就需要找到動物門類起源的過渡型祖先化石。

圖壹 澄江動物群生態復原(楊定華繪圖)

澄江動物群中,多樣性最高的是節肢動物。黃迪穎介紹:“從這些節肢動物的祖先類型到真節肢動物之間它們是怎麽演化的?我們無從知曉,因為缺乏壹種橋梁,所以我們今天發現的‘麒麟蝦’就是奇蝦和真節肢動物之間的壹個過渡類型。”

節肢動物是怎麽演化而來的?它們的祖先又長什麽樣?這是生物進化的壹大難題,壹百多年來困擾著壹代又壹代的科學家。中國科學院南京地質古生物研究所研究員、寒武紀大爆發研究組負責人朱茂炎說:“因為節肢動物是我們這個地球上目前多樣性最高的生命,也是最成功的生命,壹個東西從哪裏來,壹定要找到壹系列的過渡的這種進化類型,我們今天發現這個‘麒麟蝦’實際上就是填補了空白。”

圖二 麒麟蝦化石(曾晗供圖)

此次發現的“麒麟蝦”長什麽樣?研究團隊對“麒麟蝦”化石進行了精細的比較解剖學研究,得以恢復5億多年前“麒麟蝦”的形態,是壹種罕見的嵌合動物。中國科學院南京地質古生物研究所助理研究員、論文第壹作者曾晗介紹:“‘麒麟蝦’的身體有20多節,它每壹節都分別具有壹對遊泳的槳狀的附肢,以及壹對步行用的腿肢,它的頭像壹個頭盔壹樣,頭部最前方有5只眼睛,說明它應該有很敏銳的視覺,從頭部的下方伸出壹對像爪子壹樣長滿了小刺的附肢,所以它應該還是壹個捕食者。而且它這麽多遊泳的腿肢,說明它遊得很快。它整合的真節肢動物的身體,附肢和頭殼,以及其他的捕食性附肢,還有寒武紀怪物奧巴賓海蠍的5只眼睛。”

研究團隊以多年積累的研究數據為基礎,結合“麒麟蝦”獨特的嵌合形態和演化發育生物學分析,論證了奇蝦和真節肢動物第壹對附肢的同源性。結果表明,“麒麟蝦”的演化位置處於奇蝦和其它真節肢動物之間,位於真節肢動物的根部(圖四)。

圖三 麒麟蝦復原圖(孫捷繪圖)

圖四 麒麟蝦揭示的節肢動物起源和早期演化新模式(曾晗制圖)

曾晗說:“在我們投稿過程中,國際同行給予了非常正面的評價,他們說道:‘這壹完美而出人意料的過渡型動物,填補的節肢動物演化史的壹個知識空白’。‘它架起了節肢動物演化的重要過渡環節,涵蓋了節肢動物幾個關鍵造型、革新的起源’,同時還‘解決早期節肢動物頭部前附肢同源性的爭議問題’。”

“麒麟蝦”代表了達爾文進化論預言的重要過渡化石,它架起了從奇蝦演化到真節肢動物的中間橋梁,填補了節肢動物起源過程中關鍵的缺失環節,給生物進化論增添了壹個強有力的化石證據。多年來,鍥而不舍尋找到多塊化石的中國科學院南京地質古生物研究所研究員、澄江古生物研究站站長趙方臣說:“因為我們只有把進化論講好,我們才會真正地去講科學。因為妳有了進化的思想,妳才會關心周邊的事物變化,會不斷去分析我們周邊的所有事物、動物、植物,萬物聯系,所以為什麽我們搞古生物學,這也是我們壹個最大的科普目的和目標。”

中國科學院南京地質古生物研究所所長詹仁斌表示,對我國雲南“澄江動物群”的研究將不斷深入。詹仁斌說:“我們國家有這方面的優勢,院黨組也特別重視這塊工作,我們也有這樣的力量,可以預期,我們不斷會有新的突破。”