地球上最古老的脊椎動(dòng)物被確認(rèn)！它還有“照片”→

在生命演化歷程中，脊椎動(dòng)物的演化是最為壯麗的篇章之一。脊椎動(dòng)物的起源，始終是最吸引人的科學(xué)熱點(diǎn)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(duì)密切合作，確認(rèn)了我國5.18億年前澄江動(dòng)物群中的云南蟲是脊椎動(dòng)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(dòng)物文昌魚的特征，推測脊椎動(dòng)物的祖先是一類具有脊索、背神經(jīng)管和鰓裂的后口動(dòng)物。然而，這一假想的脊椎動(dòng)物祖先始終沒有得到來自化石證據(jù)方面的支撐。”論文的共同通訊作者、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(dòng)物特征的昆明魚，云南蟲形態(tài)更接近頭索動(dòng)物文昌魚，但它在脊椎動(dòng)物起源和后口動(dòng)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(dòng)物文昌魚和脊椎動(dòng)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(duì)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(bào)道以來被分別歸類于脊椎動(dòng)物、頭索動(dòng)物、半索動(dòng)物、后口動(dòng)物干群、甚至原始的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)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(duì)脊椎動(dòng)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(yàn)明正身

針對(duì)云南蟲分類位置之謎，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用三維X射線斷層掃描顯微鏡、掃描電鏡等多種現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)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(dòng)物：云南蟲。從形態(tài)上看，云南蟲有點(diǎn)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(duì)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(dòng)物細(xì)胞軟骨所獨(dú)有，證明云南蟲是一種原始脊椎動(dòng)物。

科研團(tuán)隊(duì)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(shí)，云南蟲處于脊椎動(dòng)物譜系的最基干位置，介于尾索動(dòng)物和其他脊椎動(dòng)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(gè)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(duì)于云南蟲之前備受爭議的第一對(duì)咽弓，研究團(tuán)隊(duì)在新標(biāo)本上相當(dāng)于第一對(duì)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(duì)咽弓。

“云南蟲相似的7對(duì)系列咽弓的發(fā)現(xiàn)，支持解剖學(xué)家們?cè)缭?9世紀(jì)就已經(jīng)提出的脊椎動(dòng)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(dòng)物的頜弓和舌弓跟后面的鰓弓是系列同源構(gòu)造?！苯獙氂癖硎?。

云南蟲演化位置和各類脊索動(dòng)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(shí)脊椎動(dòng)物祖先咽顱形態(tài)

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

“籃狀咽顱是現(xiàn)生無頜類脊椎動(dòng)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(dòng)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(dòng)物祖先咽顱形態(tài)的爭議。出現(xiàn)更早、位于脊椎動(dòng)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(dòng)物最古老的近親，云南蟲為揭示脊椎動(dòng)物的起源和早期演化提供了關(guān)鍵證據(jù)，對(duì)脊椎動(dòng)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(píng)價(jià)：“這是對(duì)科學(xué)的重大貢獻(xiàn)，將成為古脊椎動(dòng)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(dòng)物爭議問題。他們所展示的信息是一個(gè)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。”

來源：科技日?qǐng)?bào)

作者：金鳳 張曄

編輯：吳瓊

審核：王飛

終審：陳磊