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2020年06月30日 星期二
云大科研团队利用显微CT技术
首次揭秘5亿年前澄江节肢动物头部口板特征


图片来源于云南大学官网

    6月25日,美国《细胞》(Cell)出版集团子刊《当代生物学》以报道形式在线发表了云南大学古生物研究院云南省古生物研究重点实验室刘煜、侯先光、翟大有与哈佛大学共同完成的一项科学研究。本次发表的论文借助了显微CT及计算机三维复原手段,首次揭示了寒武纪大附肢类节肢动物——迷人林乔利虫头部保存的口板等精细结构。

    早期节肢动物精细结构只能分支分析推测

    节肢动物是显生宙以来地球上物种多样性最高的动物门类。在漫长的历史时期,大多数曾在地球上生活过的节肢动物物种都由于各种原因而灭绝,幸存的部分则逐渐演化为今天的螯肢动物(蜘蛛、蝎子等)、多足动物(蜈蚣、马陆等)和泛甲壳动物(虾、蟹、昆虫等)。

    寒武纪澄江生物群地层中保存了大量呈特异埋藏的化石标本,记录了节肢动物等诸多后生动物门类在距今5.18亿年前的寒武纪大爆发时期的繁盛。一直以来,研究人员们对澄江化石的形态学观察主要局限于使用光学显微镜等传统成像技术对化石表面上所保存的二维结构的观察上,而保存在化石标本内部的动物身体结构信息则只能通过耗时且具破坏性的钢针修理等方法进行研究。正因为如此,研究人员对早期节肢动物身体许多重要的精细结构(如:口板)是否真正存在这一科学问题,只能通过分支分析等方法进行推测。即便推测准确,也无法对这类精细结构的真实形态进行展示。

    首次清晰看到迷人林乔利虫头部口板结构

    借助显微CT及计算机三维复原的手段,科研人员对寒武纪大附肢类节肢动物迷人林乔利虫的化石进行了研究。这是两枚呈三维立体保存的幼虫化石,体长分别为5毫米和7毫米。研究发现,迷人林乔利虫在体长仅为5毫米的幼虫期,眼睛后长有一个明显的口板,口板表面还长有一对小突起。研究人员对体长仅为7毫米的迷人林乔利虫幼虫化石的大附肢进行擦除后发现,在该生长期动物口板在其头部所占的比例有所减小,说明口板结构在该物种的个体发育进程中有可能存在不完全发育的现象。这一细微结构是使用传统的研究手段无法观察和研究的。此外,研究人员还对动物头部进行了纵向数码切割,发现了该口板结构下往体内延伸的狭窄的咽部通道,这与在该物种的成虫标本上观察到的情况一致。

    随后,研究人员将化石数据与现生节肢动物胚胎发育数据进行了对比研究,发现迷人林乔利虫作为螯肢类节肢动物(如:蜘蛛、蝎子等)在寒武纪时期的代表,已经进化出明显的、与现生节肢动物口板同源的结构。说明现生节肢动物中普遍存在的这一位于口前的突起构造早在5.18亿年前的干群螯肢动物中就已出现,为古生物学界、进化生物学界深入认识长久以来一直困扰着研究人员的节肢动物头部问题提供了直接的化石证据。

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