|
一项新的研究表明我国5.18亿年前澄江动物群产出的云南虫（Yunnanozoon）化石具有由细胞软骨构成的咽弓（脊椎动物发育时期面部和颈部两侧的棒状结构，含有细胞软骨、肌肉、神经和动脉等组织），确认了云南虫是最原始的脊椎动物。 图1. 云南虫标本，化石体长3.9厘米。（赵方臣供图） 在生命演化历程中，人类所属谱系——脊椎动物的演化是最为壮丽的篇章之一。脊椎动物是如何从无脊椎动物演化而来的问题始终是最吸引人的科学热点。演化生物学家通常根据脊椎动物的现生亲戚，推测脊椎动物的祖先是一类梭形的、拥有愈合咽弓软骨的、头部分节的动物。然而，无脊椎动物和脊椎动物之间过渡化石的缺失使我们一直没法恢复脊椎动物祖先的具体形态。距今约5.18亿年的中国云南澄江动物群产有丰富的、保存精美的以软躯体结构为特征的动物化石，其中就包括了分类位置存疑的云南虫（Yunnanozoon）。云南虫具有脊椎动物特征的鳃丝，但形态上更接近无脊椎动物，它在演化树上的位置一直存在争议。云南虫分类位置存在的争议严重影响了这类关键化石对脊椎动物起源的约束作用。研究团队利用三维X射线断层扫描显微镜、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜等多种现代实验技术手段，首次在云南虫咽弓上发现了微纳尺度三维保存的叠盘状细胞结构（stacked discoid structure）和蛋白微原纤维构造（fibrillin microfibril）。叠盘状细胞结构是软骨细胞独特的排列方式，而蛋白微原纤维是脊椎动物软骨常见的细胞间基质的纤维结构。这两个特征证明云南虫具有脊椎动物独有的、由细胞软骨构成的咽弓。重新计算的演化树支持云南虫处于脊椎动物谱系的最基干位置，介于无脊椎动物和其他脊椎动物（包括现生和化石物种）之间。研究团队证实了云南虫拥有从前到后彼此相似、都具有细胞软骨的7对咽弓。云南虫相似的系列咽弓的发现，支持解剖学家们早在19世纪就已经提出的脊椎动物咽弓同源理论假说（Gill Arch Hypothesis），即虽然现生脊椎动物不同位置的咽弓会发育成颌弓、舌弓和鳃弓等形态不同的骨骼（在人类中发育成听小骨和颈部软骨等），但在脊椎动物演化初期，不同位置的咽弓是彼此相似的。此外，研究团队发现云南虫的7对咽弓在腹背两端被成对的水平软骨连接，组成了一个篮状的软骨框架。出现最早、位于脊椎动物最基干位置的云南虫的咽弓特征，表明脊椎动物祖先的一系列咽弓软骨可能愈合成篮状框架，而不像有颌类脊椎动物那样彼此分离。
图2. 云南虫生态复原图。（赵方臣指导、杨定华绘图）总之，作为现生脊椎动物最古老的近亲，云南虫为揭示脊椎动物的起源和早期演化提供了关键证据，对脊椎动物颌和其他关键特征演化的探索均将产生深远的影响。同时，该项研究再一次展示了澄江动物群化石具有保存微纳尺度精细生物学结构的潜力。本文由论文作者团队投稿，文中观点仅为作者团队观点，不代表Science/AAAS立场。
|
