教科書又要改寫了？這條蟲子的出現(xiàn)，是動(dòng)物早期演化史的巨大飛躍

作者：中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所

文章來源于科學(xué)大院公眾號(hào)（ID：kexuedayuan）

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對(duì)稱、分節(jié)、運(yùn)動(dòng)……這些特征對(duì)大多數(shù)現(xiàn)代動(dòng)物來說，已經(jīng)成為它們的“標(biāo)配”。然而在五億五千萬年前，這些特征才第一次同時(shí)“裝配”在動(dòng)物身體上：一條奇特的蟲子長(zhǎng)眠在行進(jìn)途中，它兩側(cè)對(duì)稱的分節(jié)形態(tài)和最后行跡同時(shí)留在了埃迪卡拉紀(jì)的海底。

這是中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團(tuán)隊(duì)在三峽地區(qū)埃迪卡拉紀(jì)地層中的新發(fā)現(xiàn)，該研究為探索早期動(dòng)物的演化提供了重要證據(jù)。相關(guān)論文于2019年9月4日發(fā)表在英國(guó)Nature雜志上。

動(dòng)物演化中的重要事件：

兩側(cè)對(duì)稱和身體分節(jié)

動(dòng)物演化概略圖，顯示動(dòng)物演化中的重要事件（圖片來源：南京古生物所制作）

身體兩側(cè)對(duì)稱和分節(jié)現(xiàn)象的產(chǎn)生是動(dòng)物演化史上極為重要的事件。分節(jié)的出現(xiàn)意味著身體的結(jié)構(gòu)有了分區(qū)，功能上也就有了分工。但是，這類體型復(fù)雜的動(dòng)物何時(shí)出現(xiàn)？自達(dá)爾文以來，一直是古生物學(xué)家和演化生物學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

TIP:

兩側(cè)對(duì)稱的意義：使動(dòng)物的身體有了明顯的背腹、前后和左右之分。動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)從不定向趨向定向，神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官也逐漸集中于身體前端，這些變化促進(jìn)了動(dòng)物頭部化的產(chǎn)生。

身體分節(jié)的意義：動(dòng)物身體分節(jié)，體外分節(jié)，體內(nèi)也相應(yīng)分節(jié)，而且許多內(nèi)部器官如循環(huán)、排泄、神經(jīng)等也表現(xiàn)出按體節(jié)重復(fù)排列的現(xiàn)象，不僅增強(qiáng)了動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)能，而且對(duì)促進(jìn)動(dòng)物體的新陳代謝，增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，有著重要意義。因此分節(jié)現(xiàn)象是無脊椎動(dòng)物在進(jìn)化過程中一個(gè)極重要的標(biāo)志。

“寒武紀(jì)大爆發(fā)”中出現(xiàn)了大量的以三葉蟲為代表的具分節(jié)的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物，因此，寒武紀(jì)常被稱為“三葉蟲時(shí)代”，長(zhǎng)期以來，大家推測(cè)在寒武紀(jì)之前的埃迪卡拉紀(jì)（中國(guó)稱為“震旦紀(jì)”，6.3-5.4億年前），它們應(yīng)該有更加古老的祖先，但是一直沒有找到可靠的化石證據(jù)。

寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)動(dòng)物多樣性快速增加（圖片來源：楊定華繪制）

三峽埃迪卡拉紀(jì)地層的新發(fā)現(xiàn)

近期，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命團(tuán)隊(duì)陳哲研究員、周傳明研究員、袁訓(xùn)來研究員和弗吉尼亞理工大學(xué)肖書海教授報(bào)道，在中國(guó)三峽地區(qū)大約5.5億年前的地層中發(fā)現(xiàn)了一類特殊保存的新的動(dòng)物化石，該動(dòng)物的遺體和它最后行進(jìn)的拖痕（印跡）同時(shí)保留在一塊巖石上。

夷陵蟲化石（BF）和死亡前形成的遺跡（TF）（圖片來源：南京古生物所）

這一新的化石證據(jù)表明在埃迪卡拉紀(jì)已出現(xiàn)了具有運(yùn)動(dòng)能力、并且身體分節(jié)的兩側(cè)對(duì)稱后生動(dòng)物。該成果以“分節(jié)的三葉形兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物及其遺跡揭示早期動(dòng)物的演化”為題發(fā)表在2019年9月4日的英國(guó)《自然》（Nature）雜志上。

從化石產(chǎn)地遠(yuǎn)眺三峽大壩（圖片來源：南京古生物所）

化石發(fā)現(xiàn)于湖北三峽地區(qū)埃迪卡拉紀(jì)燈影組的石板灘生物群中。自2013年開始，科研人員用了近5年的時(shí)間對(duì)新發(fā)現(xiàn)的化石進(jìn)行詳細(xì)的研究，并將其命名為夷陵蟲（Yilingia，新屬）。

夷陵蟲的實(shí)體化石，顯示生物體已經(jīng)有前、后的區(qū)分（圖片來源：南京古生物所）

夷陵蟲身體長(zhǎng)條形，兩側(cè)對(duì)稱，呈三葉形，具有明顯的身體分節(jié)，也具有了前后和背腹的區(qū)別。更加奇特的是，部分標(biāo)本中動(dòng)物的實(shí)體與它的遺跡同時(shí)保存在一起，再現(xiàn)了一條行進(jìn)中的蟲子的“最后時(shí)刻”。

TIP: 遺跡化石與造跡生物

雖然在埃迪卡拉紀(jì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多的遺跡化石，但是，造跡生物是什么一直是一個(gè)謎。由于遺跡化石形態(tài)變化很大，只有一些特殊的情況，我們才能準(zhǔn)確的確定造跡生物的類型。而遺跡化石與體化石相連保存在一起，是最直接和直觀的證據(jù)。新報(bào)道的化石具有明確的造跡生物以及活動(dòng)的遺跡。

夷陵蟲的遺跡化石，你能看出它們與實(shí)體化石區(qū)別嗎？（答案見文末）（圖片來源：南京古生物所）

這是一類全新的動(dòng)物化石，在地質(zhì)歷史時(shí)期和現(xiàn)代都沒有發(fā)現(xiàn)形態(tài)相同的動(dòng)物，研究者以它的發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)湖北省宜昌市夷陵區(qū)給它取了一個(gè)新名字“夷陵蟲”，推測(cè)可能是環(huán)節(jié)動(dòng)物或節(jié)肢動(dòng)物。

夷陵蟲的出現(xiàn)

動(dòng)物早期演化史上的巨大飛躍

傳統(tǒng)的埃迪卡拉生物群曾被認(rèn)為是身體沒有真正分節(jié)、缺乏運(yùn)動(dòng)能力、走向演化盲端的生物類群。雖然在埃迪卡拉紀(jì)也發(fā)現(xiàn)了許多生物運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的遺跡化石，但是，造跡生物是什么一直是一個(gè)謎。

典型的埃迪卡拉生物化石（圖片來源：Trends in Ecology & Evolution）

TIP: 埃迪卡拉紀(jì)生物的典型特征

長(zhǎng)相奇特，顯生宙和現(xiàn)生沒有相似的生物。

埃迪卡拉生物多具有“分形”的特征，沒有真正的結(jié)構(gòu)分工。

絕大多數(shù)為底棲固著生長(zhǎng)，缺少主動(dòng)活動(dòng)能力。

缺乏頭、尾、附肢、眼、口…

至寒武紀(jì)基本全部絕滅。

夷陵蟲是目前在寒武紀(jì)之前發(fā)現(xiàn)的唯一的身體分節(jié)，具有運(yùn)動(dòng)能力，并可以形成連續(xù)的遺跡的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物。夷陵蟲的發(fā)現(xiàn)為兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物身體分節(jié)在埃迪卡拉紀(jì)的出現(xiàn)提供了直接的化石證據(jù)，也為探索該時(shí)期眾多遺跡化石的造跡者提供了重要證據(jù)。

夷陵蟲實(shí)體（左）、遺跡（右）和化石復(fù)原（中）（圖片來源：南京古生物所）

該發(fā)現(xiàn)也顯示，能夠自由運(yùn)動(dòng)的底棲動(dòng)物在埃迪卡拉紀(jì)已經(jīng)出現(xiàn)，并對(duì)海底沉積物進(jìn)行了改造。表明“寒武紀(jì)大爆發(fā)”時(shí)期以底棲動(dòng)物為主體的生態(tài)系統(tǒng)在這一時(shí)期已經(jīng)開始建立，并逐漸取代了前寒武紀(jì)統(tǒng)治地球數(shù)十億年的微生物席基底，對(duì)地球表面系統(tǒng)造成了深遠(yuǎn)的環(huán)境和生態(tài)影響。

大家來猜猜這個(gè)蟲子有沒有頭？（圖片來源：南京古生物所）

實(shí)體化石與遺跡化石有啥區(qū)別

1. 遺跡化石中動(dòng)物對(duì)沉積物進(jìn)行了搬運(yùn)，如：“堤”狀結(jié)構(gòu)是動(dòng)物在爬行過程中，將沉積物推向身體的兩側(cè)，沿動(dòng)物身體兩側(cè)形成線形的堆積；

2. 遺跡化石可以切穿原有的沉積結(jié)構(gòu)，如切穿已有化石，而實(shí)體化石一般表現(xiàn)為疊覆在原有沉積物或化石之上；

3. 遺跡化石一般較長(zhǎng)，但一般具有穩(wěn)定的寬度，也常有一些相似結(jié)構(gòu)重復(fù)出現(xiàn)；

4. 遺跡化石中沉積物表面爬跡，在頂層面為凹陷，后期沉積物覆蓋，形成半浮雕，而實(shí)體化石會(huì)形成鑄型，三維立體保存；

5. 遺跡化石為原地埋藏（糞化石除外），而不會(huì)象實(shí)體化石一樣可以經(jīng)過搬運(yùn)而形成定向排列。

該項(xiàng)目得到了中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、美國(guó)自然科學(xué)基金和美國(guó)國(guó)家地理學(xué)會(huì)的聯(lián)合資助。

論文信息：Zhe Chen, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan*, Shuhai Xiao*, 2019, Death march of a segmented and trilobate bilaterian elucidates early animal evolution, Nature，https://doi.org/10.1038/s41586-019-1522-7