地球上最古老的脊椎動物被確認(rèn)！它還有“照片”→

在生命演化歷程中，脊椎動物的演化是最為壯麗的篇章之一。脊椎動物的起源，始終是最吸引人的科學(xué)熱點之一。

南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院姜寶玉教授課題組和中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎研究員領(lǐng)導(dǎo)的“地球—生命系統(tǒng)早期演化”研究團(tuán)隊密切合作，確認(rèn)了我國5.18億年前澄江動物群中的云南蟲是脊椎動物最原始類群。該成果于7月8日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

云南蟲生態(tài)復(fù)原圖。論文共同通訊作者、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員趙方臣指導(dǎo)，楊定華繪圖

形態(tài)更接近文昌魚的云南蟲，身份界定一度存爭議

“演化生物學(xué)家通常根據(jù)現(xiàn)生頭索動物文昌魚的特征，推測脊椎動物的祖先是一類具有脊索、背神經(jīng)管和鰓裂的后口動物。然而，這一假想的脊椎動物祖先始終沒有得到來自化石證據(jù)方面的支撐?！闭撐牡墓餐ㄓ嵶髡?、南京大學(xué)教授姜寶玉介紹。

姜寶玉表示，不同于具有典型脊椎動物特征的昆明魚，云南蟲形態(tài)更接近頭索動物文昌魚，但它在脊椎動物起源和后口動物系統(tǒng)樹上的位置一直存在爭議。

此前，中國學(xué)者陳均遠(yuǎn)等人在昆明?？诘貐^(qū)又發(fā)現(xiàn)了大量云南蟲新標(biāo)本?；谶@些標(biāo)本上更加精細(xì)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，他們將云南蟲歸為原始有頭類，認(rèn)為其演化位置介于頭索動物文昌魚和脊椎動物七鰓鰻之間。這一成果發(fā)表后，在學(xué)界掀起了有關(guān)云南蟲分類位置的大討論。

“由于不同學(xué)者對云南蟲保存各異的軟體組織細(xì)節(jié)的解釋存在較大差異，云南蟲自1991年首次報道以來被分別歸類于脊椎動物、頭索動物、半索動物、后口動物干群、甚至原始的兩側(cè)對稱動物?！苯獙氂窠榻B，云南蟲分類位置存在的爭議嚴(yán)重影響了這類關(guān)鍵化石對脊椎動物起源的界定。

云南蟲標(biāo)本，化石體長3.9厘米。趙方臣供圖

云南蟲咽弓上的特殊特征助力驗明正身

針對云南蟲分類位置之謎，研究團(tuán)隊運用三維X射線斷層掃描顯微鏡、掃描電鏡等多種現(xiàn)代實驗設(shè)備，從微觀結(jié)構(gòu)上重新研究了一類此前分類存疑的動物：云南蟲。從形態(tài)上看，云南蟲有點類似現(xiàn)在的蠕蟲，它們身體側(cè)扁，一般只有3至4厘米長。

通過對127塊云南蟲標(biāo)本的重新分析，研究人員首次在云南蟲的咽弓上發(fā)現(xiàn)了極微小尺度上三維保存的疊盤狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)和蛋白微原纖維。這兩種精細(xì)的顯微結(jié)構(gòu)為脊椎動物細(xì)胞軟骨所獨有，證明云南蟲是一種原始脊椎動物。

科研團(tuán)隊還通過演化分析方法，進(jìn)一步卡定了云南蟲的精確演化位置。分析結(jié)果證實，云南蟲處于脊椎動物譜系的最基干位置，介于尾索動物和其他脊椎動物之間。

云南蟲化石咽部結(jié)構(gòu)。（A）咽部整體照片。（B–E）咽弓的微觀結(jié)構(gòu)：咽弓的光學(xué)照片（B），結(jié)構(gòu)示意圖（C），單個咽弓的三維X射線CT渲染（D），咽弓內(nèi)碳質(zhì)殘留物的掃描電鏡照片，展示化石保存的蛋白微原纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)（E）。論文第一作者田慶羿制圖。

對于云南蟲之前備受爭議的第一對咽弓，研究團(tuán)隊在新標(biāo)本上相當(dāng)于第一對咽弓的位置上發(fā)現(xiàn)了與后部其他鰓弓一樣的疊盤狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)、鰓絲和蛋白微原纖維等構(gòu)造。因此，云南蟲擁有從前到后彼此相似、都具有細(xì)胞軟骨的7對咽弓。

“云南蟲相似的7對系列咽弓的發(fā)現(xiàn)，支持解剖學(xué)家們早在19世紀(jì)就已經(jīng)提出的脊椎動物咽弓同源理論假說，即魚類的鰓弓是頜弓和舌弓的原型，脊椎動物的頜弓和舌弓跟后面的鰓弓是系列同源構(gòu)造。”姜寶玉表示。

云南蟲演化位置和各類脊索動物咽顱形態(tài)比較（從上到下，分別是文昌魚、云南蟲、后斯普里格魚、七鰓鰻、鯊魚）。論文第一作者田慶羿制圖

云南蟲籃狀咽顱證實脊椎動物祖先咽顱形態(tài)

姜寶玉認(rèn)為，這次研究的另一個重要新發(fā)現(xiàn)是，云南蟲的7對咽弓在腹背兩端被成對的水平軟骨連接，組成了一個類似于籃狀的咽顱。

“籃狀咽顱是現(xiàn)生無頜類脊椎動物和化石無頜類真顯魚的典型特征，然而寒武紀(jì)后斯普里格魚和有頜類脊椎動物的咽顱是由一系列彼此分離的軟骨棒組成?！苯獙氂裾f，后斯普里格魚的這種咽顱特征引起了關(guān)于脊椎動物祖先咽顱形態(tài)的爭議。出現(xiàn)更早、位于脊椎動物最基干位置的云南蟲咽顱特征支持籃狀咽顱是更古老的祖先特征。

由此可見，作為現(xiàn)生脊椎動物最古老的近親，云南蟲為揭示脊椎動物的起源和早期演化提供了關(guān)鍵證據(jù)，對脊椎動物頜和其他關(guān)鍵特征演化的探索均將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

此次成果也得到了《科學(xué)》雜志審稿人的高度評價：“這是對科學(xué)的重大貢獻(xiàn)，將成為古脊椎動物學(xué)的一篇關(guān)鍵論文，展示了人們期待已久的、最可信的解剖結(jié)構(gòu)化石證據(jù)，解決了寒武紀(jì)干群脊椎動物爭議問題。他們所展示的信息是一個里程碑，在未來的許多年里，即使更高分辨率的研究也難以超越?！?/p>

來源：科技日報

作者：金鳳 張曄

編輯：吳瓊

審核：王飛

終審：陳磊